哥伦比亚大学最新研究：二硫化钼推动量子纠缠技术突破

哥伦比亚大学最新研究：二硫化钼推动量子纠缠技术突破

哥伦比亚大学的研究团队最近取得了一项重大突破，他们成功开发出一种新型材料——二硫化钼，这种材料能够高效地产生光子对，从而极大地促进了量子纠缠技术的发展。这一成果不仅有望彻底改变未来的计算、电信和高精度传感系统，还标志着量子技术迈出了重要一步。

研究突破与技术创新

在这一突破性研究中，哥伦比亚大学工程学院的机械工程副教授詹姆斯·舒克（P. James Schuck）带领团队，开发出了一种厚度仅为3.4微米的超薄设备。这一设备的核心是二硫化钼（MoS2）这种范德华半导体过渡金属薄晶体。研究人员通过精密的堆叠工艺，将6块二硫化钼晶体分层堆叠，每一块晶体都相对于其上方和下方的晶体旋转180度。这种独特的堆叠方式，使得当光线穿过时，会发生一种名为准相位匹配的现象，从而操纵光的特性，产生成对的光子。

值得注意的是，这是首次将范德华材料中的准相位匹配技术应用于产生对电信有用的波长光子对。与以往的方法相比，这项技术不仅效率更高，而且出错率也显著降低。研究团队通过交替堆叠中平板的方向，使得设备能够以一种在极小长度尺度上产生光子对的方式操纵光。这种技术明显比以前的方法更有效，而且更不容易出错。

新材料的优势

这种新材料和新技术带来了显著的优势：

• 尺寸大幅缩小：新设备只有3.4微米厚，比现有系统薄10-100倍，预示着未来许多量子系统的关键组件将能够集成在硅芯片上。
• 能效显著提升：实现了0.03%的宏观频率转换效率，展示了范德华材料在量子光子学领域的巨大潜力。
• 性能优越：光子对之间的相关性与偶然事件之间的比率最大值达到638±75，显示出优异的性能。

应用前景

这一突破性研究为量子技术的未来发展开辟了新的道路：

• 量子通信：这种超薄设备可以用于开发可调谐微观纠缠光子对发生器，为量子通信提供更高效、更安全的解决方案。它将在卫星分配和移动电话量子通信等多个领域产生直接影响。
• 量子计算：新材料和新技术有望推动量子计算硬件的发展，为实现更强大的量子计算机奠定基础。
• 集成量子电路：这项技术开启了需要简单、超紧凑技术的应用，如用于集成量子电路和传感的片上纠缠光子对源，为未来片上技术的发展奠定了坚实的基础。

这项研究发表在《自然光子学》杂志上，代表了非线性光学领域的重要进展。它不仅展示了二硫化钼在量子技术中的巨大潜力，还为未来量子设备的开发提供了新的思路和方向。随着进一步的研究和开发，这项技术有望在不久的将来实现商业化应用，为量子信息技术的发展注入新的活力。