标题:超薄材料实现高效纠缠光子对产生，有望使量子电脑关键元件缩小千倍
新闻来源:iKnow科技产业资讯室
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量子运算技术正在迎来一个重大突破。近日发表在《Nature Photonics》期刊上的一项研
究表明，科学家们有望将量子电脑的关键元件缩小千倍，同时大幅简化所需设备。这一发
现不仅可能彻底改变量子电脑的设计，还可能加速其商业化进程。
新加坡南洋理工大学（NTU）的研究团队成功开发出一种利用仅1.2微米厚的二维材料来产
生纠缠光子对的技术。这种材料比人类头发还要薄80倍，远远小于目前常用的毫米级晶体
。更令人惊喜的是，这种方法无需额外的光学设备就能维持光子对之间的量子纠缠，大大
简化了整个系统的设置。
量子电脑之所以备受瞩目，是因为它有望解决传统超级电脑需要数百万年才能完成的复杂
计算。这种革命性的运算能力源于量子位元（qubits）的特殊性质。不同于传统电脑中的
位元只能处于开或关的状态，量子位元可以同时处于多个状态，这使得量子电脑能够同时
进行大量运算。
光子作为量子位元的候选者有其独特优势。首先，光子可以在室温下产生和纠缠，这比使
用需要极低温的电子更为简单、经济和实用。其次，光子具有同时处于多个状态的能力，
这正是量子运算所需要的。然而，要实现这一点，关键在于产生纠缠的光子对，并确保它
们的振动保持同步。
长期以来，科学家一直在寻找更薄的材料来产生纠缠光子对，以便将其整合到电脑芯片中
。然而，随着材料变薄，光子的产生率急剧下降，这对运算来说是不切实际的。最近的研
究发现，一种名为二氯氧化铌(NbOCl2)的新型二维晶体材料，虽然很薄，但能高效产生光
子对。不过，这些光子对在产生时并未纠缠，因此无法直接用于量子运算。
NTU的研究团队提出了一个创新的解决方案。他们的方法受到1999年发表的一项研究的启
发，该研究利用较厚的晶体材料堆叠来产生纠缠光子对。研究人员推测，类似的双晶体设
置可以应用于二氯氧化铌的薄芯片，而且由于材料更薄，光子在晶体中传播的距离更短，
可能无需额外的光学仪器就能保持同步。
实验结果证实了研究人员的猜想。这种新方法不仅成功产生了纠缠光子对，而且大大简化
了整个系统。这一突破为制造更小、更高效的量子纠缠光子源铺平了道路，这对量子资讯
和光子量子运算的应用至关重要。
芬兰阿尔托大学的光子学专家Zhipei Sun教授评论道，纠缠光子就像同步的时钟，无论相
距多远都显示相同的时间，因此可以实现即时通讯。他认为NTU团队的方法是一项重大进
展，有望实现量子技术的微型化和整合。
这项研究的意义不仅限于量子运算领域。它还可能推动量子通讯的发展，为更安全、更高
效的通讯系统提供基础。此外，这种微型化的趋势可能为量子传感器等其他量子技术应用
开辟新的可能性。
NTU研究团队计划进一步优化他们的装置，以产生更多的纠缠光子对。他们正在探索在二
氯氧化铌芯片表面引入微小图案和凹槽，或者将其与其他材料堆叠，以增加光子对的产量
。这些努力有望进一步提高系统的效率和实用性。
这项研究代表了量子运算领域的一个重要里程碑。它不仅展示了微米级材料在量子技术中
的巨大潜力，还为解决量子电脑微型化和整合的挑战提供了一个有希望的方向，并为未来
量子运算的广泛应用和商业化铺平道路。
心得:
这项关于量子运算的研究展示了科学家成功将量子电脑元件大幅缩小的潜力，使用仅1.2
微米厚的二维材料来产生纠缠光子对。这一突破简化了量子系统设置，并促使量子电脑设
计更加精简和高效。此发现可能加速量子电脑的商业化进程，并推动量子通讯等技术发展
，为量子技术的微型化和整合开辟新可能性，具备广泛应用潜力。