发布时间:2024-12-30 12:06:24 来源: sp20241230
新加坡南洋理工大学科学家开发出一项新技术,使用厚度仅1.2微米的超薄二氯化铌氧化物(NbOCl2)薄片来产生量子计算所需的纠缠光子对,有望将关键组件的尺寸缩小至原来的千分之一。这一成果代表着范德华力堆叠技术应用的新方向。相关论文14日发表在《自然·光子学》上。
研究人员解释说,与需要超低温度的电子量子比特相比,以光子作为量子比特在室温下即可运行,具有独特优势。当光子以纠缠对形式产生时,可以保持量子态,能以更快速度同时执行多项计算。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。
为了解决这一问题,研究团队使用了具有特殊光学性质的NbOCl2材料。他们将两片超薄材料堆叠在一起,并使它们的晶粒垂直对齐,成功创建了纠缠光子对,且无需额外同步设备。这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。
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。该研究成功的关键在于创新了堆叠技术,将两片超薄NbOCl2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。据团队介绍,几十年来,偏振纠缠光子对一直是量子光学实验的基础,但通常需要使用更大、更笨重的材料。通过范德华力工程,可以无需这些大型装置就能产生偏振纠缠光子。
通过堆叠材料薄片,研究团队生成了具有高度量子相干性的光子对。他们测量了偏振纠缠态的保真度为86%,这表明范德华力工程方法可能是创建量子纠缠态,将量子光子器件直接集成到芯片中的可靠途径。
范德华力工程的这一应用不仅可能对量子计算产生影响,还可能对安全通信和其他量子技术产生深远影响。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。
(记者张佳欣)
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