新加坡南洋理工大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)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(lái)產(chǎn)生量子計(jì)算所需的糾纏光子對(duì)，有望將關(guān)鍵組件的尺寸縮小至原來(lái)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(shuō)，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(yùn)行，具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。當(dāng)光子以糾纏對(duì)形式產(chǎn)生時(shí)，可以保持量子態(tài)，能以更快速度同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)計(jì)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(duì)，尤其是在使用較薄材料的情況下。

為了解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)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(duì)齊，成功創(chuàng)建了糾纏光子對(duì)，且無(wú)需額外同步設(shè)備。這為開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展且高效的量子光子系統(tǒng)帶來(lái)了可能，有望將量子技術(shù)直接集成到基于芯片的平臺(tái)中。

范德華力工程是一種通過(guò)堆疊二維材料來(lái)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�應(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(shí)現(xiàn)了偏振糾纏——這是量子計(jì)算的一項(xiàng)基本要求。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，幾十年來(lái)，偏振糾纏光子對(duì)一直是量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，但通常需要使用更大、更笨重的材料。通過(guò)范德華力工程，可以無(wú)需這些大型裝置就能產(chǎn)生偏振糾纏光子。

通過(guò)堆疊材料薄片，研究團(tuán)隊(duì)生成了具有高度量子相干性的光子對(duì)。他們測(cè)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(duì)量子計(jì)算產(chǎn)生影響，還可能對(duì)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(lái)更加緊湊、可擴(kuò)展且節(jié)能的量子系統(tǒng)。

 （記者張佳欣）

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