摘要：科学家们发现了一种新的量子态，工程师可以在二维 （2D） 半导体芯片中利用它来比以往任何时候都更可靠地控制量子信息。它为从亚原子粒子中提取量子信息的新方法提供了有希望的线索。

韩国科学家使用 2D 半导体材料发现了一种新的量子态，这可能为量子计算机中更可靠的数据存储铺平道路。

（图片来源：VICTOR de SCHWANBERG/科学照片库，来自 Getty Images）

科学家们发现了一种新的量子态，工程师可以在二维 （2D） 半导体芯片中利用它来比以往任何时候都更可靠地控制量子信息。它为从亚原子粒子中提取量子信息的新方法提供了有希望的线索。

超薄 2D 材料（只有一个分子厚）的最新进展为计算机芯片创造了有前途的候选者，这些芯片可以在更小的空间内提供更多的功能。2D 半导体还为量子计算提供了绝佳的机会。

量子纠缠，即两个亚原子粒子可以通过“相干性”在时间和空间上共享信息，非常微妙，但对于并行处理计算至关重要，而不是按顺序处理计算。

防止退相干（亚原子结构中量子特性的损失）对于量子纠缠在量子计算机中有效至关重要，但 3D 结构极易受到热影响（如热）或杂散电磁波，并且通常在几分之一秒内崩溃。这就是 2D 材质的用武之地。

在 2D 材料中保持相干性要容易得多，因为它们不容易受到这些破坏量子相干性的热影响。

尽管 2D 材料中的相干机制尚未得到很好的理解，但 10 月 9 日发表在《纳米快报》（Nano Letters）杂志上的一项新研究描述了科学家如何发现一种可以保持更长周期相干性的新量子态。他们还确定了一种在这种新的量子态中导致量子纠缠的机制，因此还提出了一种可以控制和提取量子信息的方法。

具体来说，他们首次观察到激子形成过程与 Floquet 态相结合。使用带有 2D 半导体的光电子能谱，科学家们观察到了激子的形成——当光子将电子激发到更高能态时就会发生。激子是一个准粒子，由一个电子和一个带正电的空穴组成，它们结合在一起。

与传统半导体相比，2D 材料的另一个好处是激子具有很强的结合能级。在由时间周期场驱动的量子系统中（在本例中，驱动因素是短时间的光子爆发），可能会出现准平稳态，称为“Floquet 状态”。这些系统的特性与处于平衡状态的原始非驱动系统的特性明显不同。新状态是这两个已知条件的组合。

“我们发现了一种新的量子态，称为激子-Floquet 合成态，并提出了一种新的量子纠缠和量子信息提取机制，”大邱庆北科学技术研究所的 Jaedong Lee 在一份声明中说。“预计这将推动二维半导体中的量子信息技术研究。”

在这项研究中，科学家们承认瞬时形成的新型量子态对 2D 半导体介质的新应用构成了“挑战”，尽管他们没有在论文中详细说明主要挑战是什么。然而，他们有信心，他们的研究有望为使用 2D 半导体创造一种新型的可重构设备铺平道路，以将数据存储在量子计算机中。

来源：科学嗅