量子革命即將給計算機信息技術(shù)和通信技術(shù)帶來革命性的變化。量子理論與計算將對信息科學(xué)產(chǎn)生巨大影響，并使人類社會發(fā)生革命性變化。目前，人們已開始把研究重點從量子力學(xué)轉(zhuǎn)向量子論和信息科學(xué)。這是一件好事。然而，現(xiàn)實是殘酷的：在很小的尺度上操縱物質(zhì)和能量并不容易，通常需要特殊的材料，而溫度則接近于絕對零度。
量子設(shè)備需要操作單光子尺度
一種叫做六角氮化硼(hBN)的化合物可以拯救世界.科學(xué)家們相信,h BN能幫助解決量子科學(xué)中遇到的難題——如何把原子和分子連接到一起，以制造出具有特定性能的材料。根據(jù)發(fā)表在《《Science》雜志上的兩位澳大利亞物理學(xué)家的說法，它可以使很多量子夢想變成現(xiàn)實。
這種材料是一種蜂窩狀的晶體結(jié)構(gòu)，比如石墨，它能產(chǎn)生單層原子的薄片。這種新材料在室溫下可將溫度降到-100℃,比現(xiàn)有的半導(dǎo)體要便宜得多。而且它還具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。更重要的是,它只發(fā)射一個光子,沒有任何奇特的制冷過程《自然》發(fā)表于2016，作者是澳大利亞悉尼科技大學(xué)的研究團隊?，F(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)》雜志上。本文主要討論了利用石墨烯材料制備生物傳感器的可能性以及這種新型生物傳感器的應(yīng)用前景。并對未來可能會遇到的問題進(jìn)行了展望。這篇文章的兩位作者IgorAharonovich和MilosToth來自該小組。
許多擬議中的量子設(shè)備----電腦、通訊和傳感器----依靠一種可靠而簡單的方法來操作單個光子。然而，要實現(xiàn)這一目標(biāo)是不容易的。現(xiàn)在有了一種新技術(shù)——基于光的操控，即通過將光場與電子耦合在一起來控制電子的運動狀態(tài)。這是非常困難的事情。能夠做到這一點的設(shè)備（所謂的單光子發(fā)射體，或SPE）可以嵌入集成電路，或者使用量子效應(yīng)進(jìn)行安全通信，甚至可以在離家更近的地方進(jìn)行，盡管科學(xué)家們對此不太感興趣——更生動、更真實的電視機和顯示器。
IBM制造D波量子計算機
關(guān)于如何建設(shè)SPE，主要有兩個想法。 第一種是量子點，可以設(shè)計成在特定頻率上發(fā)射光子的微小粒子系統(tǒng)。 第二個則是通過改變粒子的尺寸來達(dá)到這個目的。這兩種方法都存在很大的缺陷：需要很高的能量和較短的壽命；并且只能應(yīng)用于特定波長范圍內(nèi)的輻射探測。 雖然這是一個十分活躍的研究領(lǐng)域，但目前大多數(shù)研究只能在極低的溫度下進(jìn)行。
IBM的D-Wave量子計算機量子計算機芯片
第二種是“顏色中心”，一種由鉆石等固體材料制成的微小裝置，它能發(fā)射或捕獲一定頻率的光子。 這項研究始于2015年，當(dāng)時成立了名為SPE的二維彩色中心SPEs。 這個系統(tǒng)由一個原子結(jié)構(gòu)組成，每個元素都有自己獨特的光學(xué)性質(zhì)：當(dāng)它受到光照射時將發(fā)射出紅、橙等不同色彩。這兩個實驗表明了一種新的物理機制。 原子薄片可以相對容易地傳輸和吸收光子，但是它們也只能在很低的溫度下運行。
在不需要低溫的情況下使用氫能，為量子技術(shù)的廣泛應(yīng)用開辟了道路。
Aharonovich說：“hBN的科學(xué)應(yīng)用已經(jīng)在這里開始了。這是迄今為止最明亮的單光子源。許多人使用它校準(zhǔn)設(shè)置，比如共焦顯微鏡。”
他補充道，如果一切順利，商業(yè)應(yīng)用只需要三到五年的時間。 即便如此，這也不是一帆風(fēng)順的。 “我希望我們能夠繼續(xù)做下去?！泵绹锢韺W(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國加州大學(xué)圣迭戈分校研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，可將單層h BN材料制成多層膜并用于生產(chǎn)3D打印器件。 單層hBN本身的批量生產(chǎn)“需要在制備方法上有巨大的進(jìn)步”。
中國正在建設(shè)合肥合肥量子信息科學(xué)國家實驗室