From entangled photons to quantum computers and networks

Exploring Quantum Science and Technology with

Photon Entanglement

從糾纏光子到量子電腦與網路
光子糾纏中的量子科學與技術

[2025/10/15] 研究新發現:量子網路中量子同調性質傳輸的檢測 [New Research Findings: Detection of Coherence Transfer in Quantum Networks]

在量子網路中,量子同調性質轉移對於連接各個量子系統節點至關重要。然而,在複雜網路中檢測同調性質的轉移與傳輸仍然是一項重大挑戰,尤其是在實驗可靠性有限且網路存取受限的情況下。我們利用同調性質的靜態和動態特性來檢測量子網路中的同調傳輸。此方法僅需兩種實驗設置,無需考慮網路規模,僅需要在非同調態基底狀態上的測量,以及在檢查點節點處檢測能力未知的不可信操作。它能夠適應有限的網路存取並容忍不可信任的檢查節點。利用多光子糾纏,我們透過實驗實現了該方法,以明確地檢測四光子和六光子糾纏網絡中偏振量子位元的同調傳輸。我們觀察到,這些網路能夠分別透過遠端狀態準備和糾纏交換,實現單一量子位元同調性傳輸,與傳輸兩個量子位元的同調性。 Transferring coherence is essential in quantum networks for connecting nodes of individual quantum systems. However, detecting coherence transfer remains a significant challenge in complex networks, especially when experimental reliability is limited and access to the network, such as for tomography measurements, is restricted. Here, we leverage both the static and dynamic properties of coherence ... Read More

[2025/10/01] 專題研究成果:實驗室兩組專題團隊分別榮獲工科系114大學部專題競賽優等與佳作 [Two research teams from the laboratory were awarded the Outstanding and Excellent Prizes, respectively, in the Department of Engineering Science’s 114th Undergraduate Project Study Competition]

實驗室兩組專題團隊之研究課題:透過圖著色分析確定不可信量子網路的可擴展保真度下限 與 開發用於基礎量子技術的高保真糾纏光子源:三明治結構源的建模與分析,分別榮獲工科系114大學部專題競賽成果優等與佳作。Two research teams from the laboratory, titled “Determining the Scalable Fidelity Lower Bound of Untrusted Quantum Networks via Graph Coloring Analysis” and “Developing High-Fidelity Entangled Photon Sources for Fundamental Quantum Technologies: Modeling and Analysis of Sandwich-Structure Sources,” were awarded the Outstanding and Excellent Prizes, respectively, in the Department of Engineering Science’s 114th Undergraduate ... Read More

[2025/09/11] 研究新發現:以兩組實驗設置實現量化量子動力學特徵 [New Research Findings: Quantification of Quantum Dynamical Properties with Two Experimental Settings]

描述量子動力學的特徵對於量化量子過程的任意特性至關重要,例如其展現量子力學動力學或產生糾纏的能力。然而,目前的方法需要大量的實驗設置,這些設置會隨著系統規模的擴大而增加,從而導致實驗誤差造成的偽影。根據我們最新的研究發現,存在一種近似優化方法,該方法僅使用兩個互不偏倚的基底來估計屬性度量,從而計算它們的上下界,並重建相應的過程。這種系統規模無關性可以防止誤差累積,並允許表徵本徵量子動力學。與量子製程層析成像相比,我們在光子融合上進行了實驗驗證,證明了該方法能夠精確地估計資源,同時顯著減少了所需實驗設定數量從 81 個減少到 10 個。這些結果表明,我們的方法非常適合估計從晶片級量子處理器到長距離量子網路等架構中的動態特性。細節可參閱預印本:https://arxiv.org/abs/2508.19668 Characterizing quantum dynamics is essential for quantifying arbitrary properties of a quantum process—such as its ability to exhibit quantum-mechanical dynamics or generate entanglement. However, current methods require a number of experimental settings that increases with system size, leading to artifacts from experimental errors. Here, we propose an approximate optimization method ... Read More

[2025/04/12] 發表於頂級量子資訊期刊npj Quantum Information之實驗室成果 “Scalable determination of multipartite entanglement in quantum networks” 榮獲成功大學114年度卓越學術研究傑出學術論文肯定

發表於頂級量子資訊期刊npj Quantum Information之實驗室成果『Scalable determination of multipartite entanglement in quantum networks』,榮獲成功大學114年度卓越學術研究傑出學術論文肯定(刊登期刊之所屬領域排名 top 5%以內)。 Our laboratory’s research paper, “Scalable Determination of Multipartite Entanglement in Quantum Networks,” published in the top-tier journal npj Quantum Information, has received recognition through National Cheng Kung University’s 2025 Outstanding Academic Research as an Outstanding Academic Paper (the journal in which the paper ... Read More

[2025/03/12] 公共電視【獨立特派員】節目採訪報導

量子科學實驗室身為量子國家隊一員,受邀接受公共電視【獨立特派員】節目採訪,與社會大眾分享糾纏光子之製作及應用,以及糾纏光子與量子電腦發展之關聯性及重要性。 要應用量子電腦的功能,得建構量子資訊網際網路來互傳資訊,而糾纏光子扮演關鍵角色。 量子科學實驗室負責人暨前沿量子科技研究中心李哲明教授於受訪中分享道:「這個量子的運算,我們總要是透過一些方式將這個資訊傳遞出去,光子它是傳送資訊最快的媒介。我們實驗室目前已經製作出六個糾纏光子,台灣首個三個光子以上的糾纏光子。」 有關於完整採訪報導影片,請參閱 公共電視-獨立特派員 第893集 《量子晶片研發突破,新科技時代倒數計時|量子時代降臨》:https://www.youtube.com/watch?v=8E6IDSaMTpc 公視新聞網《量子晶片研發突破,新科技時代降臨倒數計時?》: https://news.pts.org.tw/article/741919 ... Read More

[2025/02/14] 實現光子量子計算、量子瞬移與多光子糾纏線上課程暨實驗室參觀 2025/03/08

日       期:2025/03/08(六) 時       間:下午14點00分至17點00分 講       師:李哲明教授(前沿量子科技研究中心/成功大學工科系)                    陳世軒博士 (前沿量子科技研究中心/成功大學工科系) 課程概述:“糾纏光子”具備奇異的量子特性,作為“光子量子資訊處理”重要之媒介與資源,與傳統資訊處理相較起來,這種嶄新的資訊處理方式具備更快之計算效率,並讓資訊保存與傳遞更加安全。本課程結合理論與實驗,介紹多光子糾纏之製造、轉換與識別所需的基本概念與實現方法,了解如何利用光子的糾纏特性完成光子資訊處理任務,例如量子計算與量子瞬移。 課程目標: 1. 認識糾纏光子之基本性質2. 理解糾纏光子之製造、偵測與量子瞬移等應用之基本原理與實驗方法 課程內容: 1. 介紹糾纏光子的製造原理2. 介紹糾纏光子的識別方法3. 糾纏光子之實驗製造、偵測與量子計算與量子瞬移等應用 對       象:高中職生、大學生 名       額:50位(報名人數超過,則採隨機挑選。) 地       點:線上會議 報名費用:免報名費、免保證金 報名截止:114/03/02(日) 活動報名網址:https://forms.gle/WQJQMFUdj88hXz1j6 成大量子中心:https://qfort.ncku.edu.tw/events/233 聯  絡  人:傅小姐 聯絡電話:06-2757575 ext. 65081 聯絡Email:etoile@phys.ncku.edu.tw ... Read More

[2024/12/16]研究生學位論文獎-優等獎 Postgraduates Student Thesis Award from the Physical Society of Taiwan – Merit award

社團法人台灣物理學會為表揚 陳世軒同學 在 Experimental Realization of Multi-photon Entanglement and the Quantum Process Capability Characterization of its Applications to Quantum Information Processing 畢業論文的優異表現,經學術委員會同意,頒發研究生優良論文優等獎,以資鼓勵。 The Physical Society of Taiwan, in recognition of the outstanding performance of student Shih-Hsuan Chen in the graduation thesis titled “Experimental Realization of Multi-photon Entanglement and the Quantum Process Capability Characterization of its ... Read More

[2024/10/27]“真正量子網路中之遠態製備” 研究成果已發表於 Communications Physics [THE RESEARCH RESULT OF THE STUDY ON “Preparing remote states for genuine quantum networks” HAS BEEN PUBLISHED IN Communications Physics]

量子網路通常包括量子通道、中繼器和終端節點。遠端狀態準備 (RSP) 允許一個量子節點遠端準備其他節點的狀態。雖然諸如量子不匹配性等量子特徵最近被認為是 RSP 的必要條件,但它並不能保證 RSP 在量子網路中的實現超越任何古典模仿之方法。於此研究中,我們從理論上介紹、並在實驗上實現了一種稱為 RSP 能力的量子資源。此資源驗證了實現真正的量子網路所需的所有靜態和動態資源,其中 RSP 的實現可以勝過任何無糾纏和量子位元轉換的古典模擬,包括 Einstein-Podolsky-Rosen 糾纏對的靜態資源和量子通道與中繼器之動態資源。我們的實驗測量 RSP 能力,證明古典和量子 RSP 之間的過渡取決於光子對之品質。此驗證了量子不匹配性並不能確認非古典 RSP,但 RSP 能力可以確認。這些結果有助於認證網路中RSP之功能與其所具備之量子優勢。 有關該研究與成果的更多參考資料及資訊,請參閱: Communications Physics 期刊刊載頁面:https://www.nature.com/articles/s42005-024-01844-x 與 Communications Physics 期刊論文全文:https://rdcu.be/dYkJy ... Read More

[2024/08/14]“量子網路中多光子糾纏之確認” 研究成果已發表於 npj Quantum Information [The research result of the study on “Scalable Determination of Multipartite Entanglement in Quantum Networks” has been accepted and published in npj Quantum Information]

我們提出了「透過偵測真正的 N 節點 Einstein-Podolsky-Rosen 量子可操縱性」來實現量子網路的保真度和真正的多節點糾纏的確認,並且在不受信任的星形網路中,確定量子網路保真度和真正的 N 節點糾纏僅需要 N+1 組測量。實驗上,我們使用光學裝置演示了真正的 3 光子和 4 光子量子網路的確認,以及廣泛使用的糾纏目擊的誤報,即 1/2 的保真度標準。我們期望透過進一步的研究,該方法可以擴展到其他類型的網路拓撲以適用於通用的量子網路。 有關該研究與成果的更多參考資料及資訊,請參閱:(1)Research中「實驗糾纏光子與多光子糾纏的產生與識別」的介紹:http://cmli.es.ncku.edu.tw/?page_id=18(2)npj Quantum Information期刊刊載頁面:https://doi.org/10.1038/s41534-024-00867-0(3)npj Quantum Information期刊論文全文:https://rdcu.be/dQl58 Our results provide a network determination method to determine quantum network fidelity and genuine multi-node entanglement, which is enabled by detecting genuine N-node Einstein-Podolsky-Rosen steerability, and such determination in an untrusted star network requires only ... Read More