文／綦守鈺　圖／綦守鈺攝影、陳岳男提供
 
如何在不受信任的先決條件下進行量子通訊？國立成功大學物理系特聘教授、前沿量子科技研究中心主任陳岳男統籌和古煥宇博士主導的「量子操縱性的完全分類與其量測不兼容性之關聯」（Complete classification of steerability under local filters and its relation with measurement incompatibility）研究，從「量子操縱性」基礎中找到量子資源分類的關鍵理論，成果於今（2022）年 8 月 25 日刊登在國際頂尖期刊自然通訊（Nature communications）。
 

國立成功大學物理系特聘教授、前沿量子科技研究中心主任陳岳男，與人在奧地利的古煥宇博士
 
「量子糾纏是量子力學中最神秘、違反人類經驗的現象」，陳岳男主任表示，談到量子操控性，要先了解量子糾纏就像兩個粒子，若將其中一個粒子送到宇宙的最左端、另一個粒子送到宇宙最右端，相隔甚遠的兩個粒子，如果形成糾纏狀態，只要在宇宙最左端量測，就能影響最右端的量子狀態，發展在科技層面的話，量子操控就能做為量子通訊的基礎，藉由單光子或糾纏的光子，當在傳輸端與接受端建立密碼，進行資訊傳輸時，可確保訊息的安全性；而在未來應用上，在其中一端不被信任的網路環境中，可以確保合適保密的機制來行交易。
 
量子糾纏的奧秘一直都是物理學發展的重點，也是研究量子科技的特點，目前則廣泛地用在量子密碼通訊與量子計算當中。陳岳男主任解釋，回到這次的研究基礎，當愛因斯坦 1935 年針對丹麥物理學家波耳的量子力學理論提出著名的 EPR 悖論，愛因斯坦因不滿意量子力學的詮釋方法，且根據他的相對論，沒有作用可以超越光速，然而，為了回應量子物理發展史上著名的 EPR 悖論，薛丁格在 1936 年提出了「量子操縱性」的概念，認為分開的兩個系統是各自獨立的，所以針對其中一端進行量子測量對另一端的影響是可以超越光速的，近年來，這個概念更延伸至量子資訊中的量子優越性，也就是如何將量子資源分類，這是從 2000 年開始一直是很熱門的話題，尤其是在量子糾纏的分類問題上，至今從未有人做過量子操控性的資源分類。
 

量子操控性的資源分類制度，好比果菜市場的水果分級機制，可從中辨別優劣
 
成大前沿量子科技中心前研究員、今年 7 月至奧地利量子光學及量子資訊中心研究所擔任博士後研究員的古煥宇博士表示，量子操控性的資源分類制度，好比果菜市場的水果分級機制，品相佳的水果是 Ａ 級、依序根據大小、好壞做評選，透過這次發表的研究，可在消費者端盲測的情況下，將量子資源做初步評選，從中辨別優劣；近幾年量子通訊相當熱門，這項研究未來也能應用在應用在國防資源安全隔離上，如果另一端在不穩定的情況下，能透過量子操控性的分類，選擇一個穩定合適的傳輸頻道（量子資源），讓加密的資訊順利傳輸出去，盼能透過這項研究，加速量子加密通訊技術的發展，未來有更多商業化的可能。
 

圖中看似不相等的量子操縱性資源,經由資源分類制度理論分析出其實都可以分類成同一類
 
古煥宇博士表示。他花了 3 年多時間，建構出「量子操縱性的完全分類及其量測不兼容性」的理論，然而，這個分類問題最早的發想，是在前沿量子科技中心的交誼廳與西班牙的謝忠耘博士閒聊時所開啟的，基於中興大學的陳信良助理教授其數值模擬結果發現意外的好，在陳岳男教授統籌之下，開始著手和奧地利的布德羅尼（Costantino Budroni）博士進行嚴格的理論證明。其中的討論也開啟了更多更有趣的發想，於是在與中興大學物理系、奧地利量子光學及量子資訊中心研究所（IQOQI）、西班牙光子科學研究所（ICFO）共同合作之下，將量子資源分類與其優化提出了一個全新的方向，有助於掌握量子資源優化的優勢，研究成果也登上國際頂尖自然通訊期刊。
 

右為國立成功大學物理系特聘教授、前沿量子科技研究中心主任陳岳男。左為成大前沿量子科技中心前研究員古煥宇，今年 7 月至奧地利量子光學及量子資訊中心研究所擔任博士後研究員
 
「物理學的研究充滿想像，簡單的道理、日常生活中習以為常的事情，必須要用理論證明出來。」古煥宇博士表示，這事實上並不容易，例如這項研究從 2019 年開始進行，但因為剛開始假設錯誤，導致後續 2 年多無法推導出正確的證明，還好⼀直告訴⾃⼰，如果推導是不順利的，就當成是放了個假，不要勉強，不要焦躁，最終總能開花結果。
 
陳岳男主任指出，描述一個自然界的現象，不是看到什麼就是眼見為憑，物理學家必須要探究到表象之下，背後所隱藏的原理，當世間運行的準則能用數學來說明，這就是物理迷人的地方，「即便證明的過程讓人又愛又恨，但只要有耐心就會有出乎意料的結果。」只要證明出來後，發現原來簡單的道理就可以說明這麼多事情，對他們來說就是成就感的來源。陳岳男主任說，古煥宇的表現「令人驚豔」，在疫情近乎鎖國的情況之下，還能與國際團隊進行合作研究，完成如此傑出的研究工作，之後希望能持續把這項理論發展下去，實際透過實驗驗證延續到未來的量子科技產業，加速量子通訊的發展。
 
 
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2022-09-05