只有一個原子厚的半導體晶體，讓量子計算機成為可能！

在每一個隱藏在筆電電腦或智能手機內部的現代微電路中，都可以看到晶體管——控制電流流動，即電子流動的小型半導體設備。如果用光子(光的基本粒子)取代電子，那麽科學家們將有希望創造出新的計算系統，能夠以接近光速的速度處理大量信息流。目前，光子被認為是量子計算機中傳輸信息的最佳方式。這些仍然是假想的計算機，根據量子世界的定律，能夠比最強大的超級計算機更有效地解決一些問題。

儘管創造量子計算機沒有基本的限制，科學家們仍然沒有選擇什麽材料平台將是最方便和有效實現量子計算機的想法。超導電路、冷原子、離子、金剛石中的缺陷和其他系統現在都在競爭成為未來量子計算機的一個選擇。特別是，由於來自德國維爾茨堡大學的科學家，已經有可能提出半導體平台和二維晶體，南安普敦大學，格勒諾布爾阿爾卑斯大學，亞利桑那大學，俄羅斯科學院Ioffe物理技術研究所，還有聖彼得堡大學等。

物理學家們研究了光在只有一個原子厚度的二硫化鉬(MoSe2)二維晶體層中的傳播，這是世界上最薄的半導體晶體。研究人員發現，在超細晶體層中傳播的光，偏振性取決於光的傳播方向。這種現象是由於晶體中自旋軌道相互作用的結果。有趣的是，正如科學家們所指出的，光的偏振空間分布，結果卻很不尋常——它很像一個多顏色的海洋rapana。在維爾茨堡大學斯文·霍夫林教授實驗室裡合成了用於實驗的超細二甲苯鉬晶，這是是歐洲最好的晶體生長實驗室之一。

在聖彼得堡大學教授Alexey Kavokin的監督下，在維爾茨堡和聖彼得堡進行了測量。俄羅斯科學院的通訊成員，聖彼得堡大學自旋光學實驗室的一名員工，Ioffe物理技術研究所的主要研究助理米哈伊爾·格萊佐夫在理論基礎的發展中發揮了重要作用。聖彼得堡大學(St Petersburg University)自旋光學實驗室主任阿列克謝•卡沃金(Alexey Kavokin)教授說：我預計在不久的將來，二維單原子晶體將被用來在量子器件中傳輸信息。經典計算機和超級計算機需要很長時間才能完成的事情，量子計算設備可以很快完成。

其中蘊含著量子技術的巨大危險——堪比原子彈。例如，在量子技術幫助下，將有可能非常迅速地侵入銀行保護系統。這就是為什麽今天密集的工作正在進行，包括創造保護量子設備的方法：量子密碼學。研究為半導體量子技術做出了貢獻。此外，這項研究是光誘導(即出現在光存在下)超導性研究的一大進步。這是一種讓電流通過材料電阻為零的現象。目前，這種狀態無法在零下70攝氏度以上的溫度下達到。然而，如果找到合適材料，這一發現將使把電傳輸到地球上任何地方而不造成任何損失成為可能，並創造出新一代電動機。

博科園｜研究/來自：聖彼得堡國立大學

參考期刊《自然納米技術》

DOI: 10.1038/s41565-019-0492-0

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