NTU科学家用新材料突破量子芯片尺寸限制
NTU科学家用新材料突破量子芯片尺寸限制
新加坡南洋理工大学（NTU）研究团队在量子计算领域取得重大突破，他们利用一种名为二氯化氧化铌（NbOCl2）的超薄材料，成功生成了纠缠光子对，这一发现有望将量子计算组件的尺寸大幅缩小至原来的千分之一。
关键技术突破
研究团队使用厚度仅为1.2微米的二氯化氧化铌超薄薄片，通过范德华力堆叠技术，成功生成了纠缠光子对。这一技术的关键在于创新性地将两片超薄材料以垂直角度堆叠，从而实现了偏振纠缠，这是量子计算的一项基本要求。
范德华力工程是一种通过堆叠二维材料来调整材料特性的技术，已被用于从超导到分数量子反常霍尔效应等各种应用。通过这种堆叠方式，研究团队生成了具有高度量子相干性的光子对，测量结果显示偏振纠缠态的保真度高达86%。
技术优势与应用前景
与传统的电子量子比特相比，以光子作为量子比特具有独特优势。光子量子比特可以在室温下运行，不需要超低温度，而且当光子以纠缠对形式产生时，可以保持量子态，实现更快速的并行计算。然而，使用光子的最大障碍之一是难以产生足够多的纠缠光子对，尤其是在使用较薄材料的情况下。
这一突破为开发可扩展且高效的量子光子系统带来了可能，有望将量子技术直接集成到基于芯片的平台中。如果将量子元件缩小至目前的千分之一，有望带来更加紧凑、可扩展且节能的量子系统。这一技术不仅可能对量子计算产生深远影响，还可能推动安全通信和其他量子技术的发展。
NTU在量子技术领域的整体进展
NTU在量子技术领域持续领跑，除了在光子纠缠方面的突破，该校研究团队还在多个方向取得重要进展：
单光子发射器：由NTU量子技术中心首席研究员高伟波教授领导的团队，采用超薄二维材料二硒化钨（WSe₂），结合金柱制成的单光子发射器达到了90%的量子效率，接近理论最大值的100%。
光子芯片：NTU研究团队开发了一种创新光子芯片，可以有效减缓大范围频率的光速，同时避免传统芯片中的光反向散射。这种设计显著增强了光物质的相互作用，提高了传输效率。
室温量子耦合：NTU研究团队通过采用二硫化钨（WS₂）薄片与纳米级金结构，实现了室温下的超强耦合，突破了传统量子系统需要极低温度的限制。
量子光子芯片：由郭良川教授领导的团队开发了一种量子光子芯片，能够高效模拟分子振动电子光谱，展示了在药物研发中的巨大潜力。
未来展望
这一突破性的研究成果不仅展示了量子技术的巨大潜力，也为未来量子计算的商业化应用铺平了道路。随着量子元件尺寸的大幅缩小，我们有望看到更加紧凑、可扩展且节能的量子系统，这将为量子计算、安全通信、药物研发等领域带来革命性的变化。