（文章來源：博科園）

經(jīng)過幾十年的小型化，我們所依賴的計算機和現(xiàn)代技術所依賴的電子元件現(xiàn)在已達到基本極限，面對這一挑戰(zhàn)，世界各地的工程師和科學家正在轉向一種全新的范式：量子信息技術。量子技術利用了在原子水平上支配粒子的奇怪規(guī)則，通常被認為過于微妙，不能與我們每天在手機、筆記本電腦和汽車中使用的電子產(chǎn)品共存。

然而，芝加哥大學普利茲克分子工程學院的科學家們宣布了一項重大突破：量子態(tài)可以集成并控制在由碳化硅制成的常用電子設備中。芝加哥大學分子工程的劉家族教授，也是量子技術的先驅，首席研究員大衛(wèi)·奧沙勒姆(David Awschalom)說：在商業(yè)電子中創(chuàng)造和控制高性能量子位的能力令人驚訝。

這些發(fā)現(xiàn)改變了我們對發(fā)展量子技術的看法，也許可以找到一種方法，利用當今的電子學來建造量子設備。在《科學》與《科學進展》期刊上發(fā)表的兩篇研究論文中，Awschalom的研究小組，證明了他們可以對嵌入在碳化硅中的量子態(tài)進行電控制。這一突破可能會提供一種更容易設計和建造量子電子的方法。

與科學家通常需要用于量子實驗的奇異材料形成對比，比如超導金屬、懸浮原子或鉆石。碳化硅中的這些量子態(tài)還有一個額外好處，那就是發(fā)射出波長接近電信波段的單個光粒子。阿爾貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)資深科學家、芝加哥量子交易所(Chicago Quantum Exchange)主任奧沙洛姆(Awschalom)說：這使得它們非常適合通過相同的光纖網(wǎng)絡進行遠程傳輸，該網(wǎng)絡已經(jīng)傳輸了全球90%的國際數(shù)據(jù)。此外，當這些輕粒子與現(xiàn)有的電子器件結合時，可以獲得令人興奮的新性質。

例如，在發(fā)表在《科學進展》期刊上的論文中，該團隊能夠創(chuàng)造出Awschalom所稱的“量子調頻收音機”；就像音樂被傳輸?shù)侥愕钠囀找魴C一樣，量子信息可以被發(fā)送到極遠的距離。論文的第一作者，研究生凱文·苗(Kevin Miao)說：所有的理論都表明，為了在一種材料中實現(xiàn)良好的量子控制，它應該是純凈的，沒有波動場，結果表明，通過適當?shù)脑O計，一種設備不僅可以減少這些雜質，而且還可以創(chuàng)造出以前不可能實現(xiàn)的額外控制形式。在發(fā)表在《科學》期刊上的研究論文中，他們描述了第二個突破，解決了量子技術中一個非常常見的問題：

噪音。該論文的第一作者、研究生克里斯·安德森(Chris Anderson)表示：雜質在所有半導體器件中都很常見，在量子層面上，這些雜質可以通過制造嘈雜的電子環(huán)境來擾亂量子信息，對于量子技術來說，這幾乎是一個普遍存在的問題。但是，通過使用電子學的基本元素之一的二極管，即電子的單向開關，研究小組發(fā)現(xiàn)了另一個意想不到的結果：量子信號突然變得沒有噪音，幾乎完全穩(wěn)定。論文的另一位合著者、研究生亞歷山大·布拉薩(Alexandre Bourassa)說：在實驗中需要使用激光，不幸的是，這會讓電子相互碰撞。

這就像是電子和音樂椅的游戲；當光線熄滅時，一切都停止了，但配置不同了。問題是，這種隨機的電子構型會影響量子態(tài)。但發(fā)現(xiàn)，施加電場會將電子從系統(tǒng)中移除，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。通過將量子力學的奇異物理與發(fā)達的經(jīng)典半導體技術相結合，研究團隊正在為即將到來的量子技術革命鋪平道路。這項研究使我們離實現(xiàn)能夠在世界各地的光纖網(wǎng)絡中，存儲和分發(fā)量子信息的系統(tǒng)又近了一步。這樣的量子網(wǎng)絡將帶來一類新技術，能創(chuàng)建不可竊聽的通信信道，單電子態(tài)的隱形傳態(tài)和量子互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)。
（責任編輯：fqj）