科技日報記者 張佳欣
新加坡南洋理工大學科學家開發出一項新技術，使用厚度僅1.2微米的超薄二氯化鈮氧化物（NbOCl2）薄片來產生量子計算所需的糾纏光子對，有望將關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應用的新方向。相關論文14日發表在《自然·光子學》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，具有獨特優勢。當光子以糾纏對形式產生時，可以保持量子態，能以更快速度同時執行多項計算。然而，使用光子的最大障礙之一是難以產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性質的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，成功創建了糾纏光子對，且無需額外同步設備。這為開發可擴展且高效的量子光子系統帶來了可能，有望將量子技術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整材料特性的技術，已被用于從超導到分數量子反常霍爾效應等各種應用。該研究成功的關鍵在于創新了堆疊技術，將兩片超薄NbOCl2以垂直角度堆疊，從而實現了偏振糾纏——這是量子計算的一項基本要求。據團隊介紹，幾十年來，偏振糾纏光子對一直是量子光學實驗的基礎，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的保真度為86%，這表明范德華力工程方法可能是創建量子糾纏態，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用不僅可能對量子計算產生影響，還可能對安全通信和其他量子技術產生深遠影響。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、可擴展且節能的量子系統。
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