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

科技日报记者 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。

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。