原子级厚度的换能器未来有一天可以在室温下实现量子计算

量子计算机必须保持低温才能运行——非常低温。东北大学机械与工业工程助理教授 Yoseob Yoon 表示，这些机器的运行温度一般“仅比绝对零度高几度”。“这比外太空还冷。”

尹的研究重点是“利用激光控制材料特性”，他说。

换句话说，他将光照射到原子级厚度的材料上，使它们以新颖的方式运动。

尹说，他的主要材料之一是石墨烯，这是一种二维表面，其发现者于 2010 年获得了诺贝尔物理学奖。

Yoon 通过一种他称之为“透明胶带法”的方法生产石墨烯。“我有几毫米宽、几毫米厚的块状材料，比如石墨，”他说，这种碳衍生物在铅笔中也存在。“我基本上就是用透明胶带——字面意思就是——然后从块状材料上剥下”超薄样品。

这些样本的厚度只有单个原子那么大，“没有任何粗糙度”，他说。

Yoon 表示，目前已经有一个研究“利用薄金属膜进行热传输”的领域。通过向非常薄的金属发射激光，研究人员可以引发受控振动，就像鼓中的声波一样。

然而，“这仅限于千兆赫范围，因为这些金属非常重，并且无法控制到单层厚度。

“然后还有另一个领域，基本上是二维材料领域，”他继续说道。“他们剥落了这些原子级薄层。”

尹的突破在于将这两个领域结合起来。通过将原子级薄结构与基于激光的热传输研究结合起来，“我们找到了一种以前无法实现的新方法。”

现在，在《自然》杂志上发表的一篇论文中，尹和他的合作者发现了新型范德华异质结构(通过结合原子级薄的材料层而产生，包括石墨烯和其他品种)，可以控制太赫兹频率。

这就是它的含义。尹指出，“温度”实际上只是分子的运动。分子运动越快，温度就越高。在量子计算机中，这种运动会转化为随机噪声，从而抑制计算机的功能。因此，对量子计算机进行超冷可以提高效率。

目前量子计算机中的晶体管频率被限制在千兆赫范围内。“这限制了可以操作的温度范围，”尹说。“它们只能在低温下操作。”记住，比外太空还冷。

“由于这个频率限制，”他继续说道，将这些晶体管的范围增加到太赫兹频率——增加了一千倍——“我们将能够在室温下运行[量子计算机]。”

换句话说，一台在接近零下 460 华氏度的温度下运行的机器突然可以在室温下运行。

至少对于这个特定的组件，尹很快就指出了这一点。“温度升高也有一些缺点，例如，量子信号衰减得更快。”

因此，这不是室温量子计算的最终解决方案，但它是朝着该目标迈出的重要一步。

接下来会怎样?“我们在频率带宽和频率上限方面取得了进展，”他说。“但我们还没有突破振幅极限。”

“我们想要突破极限。”