全新量子態：為更穩定量子電腦注入動能

韓國科學家利用二維半導體材料，發現了一種全新的量子態，這有望為量子電腦實現更可靠的資料儲存鋪平道路。科學家們發現，工程師能夠在二維（2D）半導體晶片當中利用這種新量子態，從而比以往更可靠地控制量子資訊。這也為從亞原子粒子中提取量子資訊的新方法提供了一個很有前景的方向。

近年來，超薄二維材料（僅有一個分子的厚度）取得了顯著進展，這些材料成為了電腦晶片的理想選擇，能夠在更小的空間內整合更強大的功能。二維半導體也為量子計算帶來了絕佳的機遇。

量子糾纏是指兩個亞原子粒子能夠透過「相干性」在時間和空間上共享資訊，這種現象極其微妙，但對於並行處理計算（而非按順序處理）至關重要。防止退相干（即亞原子結構中量子特性的喪失）對於量子糾纏在量子電腦中發揮作用至關重要。然而，三維結構極易受到熱影響（如熱量）或雜散電磁波的幹擾，通常會在極短的時間內崩潰。這正是二維材料的用武之地。

在二維材料中維持相干性要容易得多，因為它們較不易受到那些會破壞量子相干性的熱影響。儘管目前對於二維材料中的相干機制尚未完全理解，但10月9日發表在《奈米快報》期刊上的一項新研究，描述了科學家們如何發現一種能夠維持更長時間相干性的新量子態。他們還確定了在這種新量子態中引發量子糾纏的機制，並且提出了一種控制和提取其中量子資訊的方法。

具體而言，他們首次觀察到了與弗洛凱態相關的激子形成過程。透過使用二維半導體的光電子能譜技術，科學家們觀察到了激子的形成過程——當一個光子將一個電子激發到更高的能態時就會發生這種現象。激子是一種由一個電子和一個帶正電的空穴束縛在一起組成的準粒子。

與傳統半導體相比，二維材料的另一個優勢在於激子具有很強的束縛能級。在由週期性時間場驅動的量子系統中（在這種情況下，驅動源是短脈衝光子），會出現稱為「弗洛凱態」的準穩態。這些態的性質與處於平衡態的原始未驅動系統有顯著差異。這種新態是這兩種已知條件的結合。

大邱慶北科學技術研究院的李在東在一份宣告中表示：「我們發現了一種稱為激子 - 弗洛凱合成態的新量子態，並提出了一種用於量子糾纏和量子資訊提取的新機制。這預計將推動二維半導體中量子資訊技術的研究。」

在這項研究中，科學家們承認瞬間形成的新型量子態，對於二維半導體介質的新應用來說是一個「挑戰」，儘管他們在論文中並未詳細說明主要挑戰是什麼。然而，他們有信心，這項研究有望為利用二維半導體建立一種新型的可重構裝置，用於在量子電腦中儲存資料鋪平道路。