范德华力堆叠技术造出纠缠光子对
发布时间: 2024-10-17 20:07:37
科技日报北京10月16日电 （记者张佳欣）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。
NbOCl2薄片。图片来源：新加坡南洋理工大学
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。
（原标题：范德华力堆叠技术造出纠缠光子对有望将量子计算组件缩小至原来的1/1000）
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