科技日報記者 張佳欣
新加坡南洋理工大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一項新技術(shù)，使用厚度僅1.2微米的超薄二氯化鈮氧化物（NbOCl2）薄片來產(chǎn)生量子計算所需的糾纏光子對，有望將關(guān)鍵組件的尺寸縮小至原來的千分之一。這一成果代表著范德華力堆疊技術(shù)應(yīng)用的新方向。相關(guān)論文14日發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。
研究人員解釋說，與需要超低溫度的電子量子比特相比，以光子作為量子比特在室溫下即可運行，具有獨特優(yōu)勢。當(dāng)光子以糾纏對形式產(chǎn)生時，可以保持量子態(tài)，能以更快速度同時執(zhí)行多項計算。然而，使用光子的最大障礙之一是難以產(chǎn)生足夠多的糾纏光子對，尤其是在使用較薄材料的情況下。
為了解決這一問題，研究團隊使用了具有特殊光學(xué)性質(zhì)的NbOCl2材料。他們將兩片超薄材料堆疊在一起，并使它們的晶粒垂直對齊，成功創(chuàng)建了糾纏光子對，且無需額外同步設(shè)備。這為開發(fā)可擴展且高效的量子光子系統(tǒng)帶來了可能，有望將量子技術(shù)直接集成到基于芯片的平臺中。
范德華力工程是一種通過堆疊二維材料來調(diào)整材料特性的技術(shù)，已被用于從超導(dǎo)到分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)等各種應(yīng)用。該研究成功的關(guān)鍵在于創(chuàng)新了堆疊技術(shù)，將兩片超薄NbOCl2以垂直角度堆疊，從而實現(xiàn)了偏振糾纏——這是量子計算的一項基本要求。據(jù)團隊介紹，幾十年來，偏振糾纏光子對一直是量子光學(xué)實驗的基礎(chǔ)，但通常需要使用更大、更笨重的材料。通過范德華力工程，可以無需這些大型裝置就能產(chǎn)生偏振糾纏光子。
通過堆疊材料薄片，研究團隊生成了具有高度量子相干性的光子對。他們測量了偏振糾纏態(tài)的保真度為86%，這表明范德華力工程方法可能是創(chuàng)建量子糾纏態(tài)，將量子光子器件直接集成到芯片中的可靠途徑。
范德華力工程的這一應(yīng)用不僅可能對量子計算產(chǎn)生影響，還可能對安全通信和其他量子技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。如果將量子元件縮小至目前的千分之一，有望帶來更加緊湊、可擴展且節(jié)能的量子系統(tǒng)。
