哥伦比亚大学工程与应用科学学院
该团队超导量子比特芯片的光学显微照片，比用传统制造技术制造的芯片小1000倍
学分:阿比南丹·安东尼/哥伦比亚工程 为了让量子计算机在速度和容量上超越经典计算机，它们的量子比特——可以无限组合二进制状态存在的超导电路——需要在同一波长上
然而，实现这一目标是以尺寸为代价的
虽然经典计算机中使用的晶体管已经缩小到纳米尺度，但超导量子比特如今仍然是以毫米为单位测量的——一毫米等于一百万纳米
将量子比特组合成越来越大的电路芯片，相对而言，你最终会有一个很大的物理足迹，这意味着量子计算机占据了大量的物理空间
这些还不是我们可以放在背包里或戴在手腕上的设备
为了在保持量子位性能的同时缩小量子位，该领域需要一种新的方法来构建存储为量子位“供电”的能量的电容器
与雷神BBN技术公司合作，王方仁教授在哥伦比亚工程公司的实验室最近展示了一种用2D材料制造的超导量子比特电容器，其尺寸是以前的一小部分
以前，为了制造量子比特芯片，工程师们不得不使用平面电容器，这种电容器并排设置必要的充电板
堆叠这些极板可以节省空间，但是传统并联电容器中使用的金属会干扰量子位信息的存储
在11月18日发表在《纳米快报》上的最新研究中
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学生阿比南丹·安东尼和安贾利·拉金德拉将氮化硼绝缘层夹在两块超导铌二硒化物带电板之间
这些层每个都只有一个原子厚，通过范德华力(电子之间的弱相互作用)结合在一起
该团队随后将他们的电容器与铝电路相结合，制造出了一个包含两个量子位的芯片，面积为109平方微米，厚度仅为3 5纳米——这比传统方法生产的芯片小1000倍
当他们将量子比特芯片冷却到刚好高于绝对零度时，量子比特发现了相同的波长
该团队还观察到了一些关键特征，表明这两个量子比特正在纠缠在一起，并作为一个单一的单元发挥作用，这种现象被称为量子相干；这意味着量子比特的量子状态可以通过电脉冲来操纵和读出，Hone说
他说，相干时间很短——略超过1微秒，相比之下，传统制造的共面电容器大约需要10微秒，但这只是探索在这一领域使用2D材料的第一步
麻省理工学院的研究人员在8月份发表在arXiv上的另一项研究也利用了铌的二硒化物和氮化硼来构建量子比特的平行板电容器
麻省理工学院团队研究的设备显示出甚至更长的相干时间——高达25微秒——这表明仍然有进一步提高性能的空间
从这里开始，Hone和他的团队将继续改进他们的制造技术，并测试其他类型的2D材料，以增加相干时间，这反映了量子比特存储信息的时间
霍恩说，新的器件设计应该能够通过将这些元件组合成一个范德瓦尔斯堆，或者为电路的其他部分部署2D材料，进一步缩小体积
“我们现在知道，2D材料可能是使量子计算机成为可能的关键，”霍恩说
“现在还为时过早，但像这样的发现将促使世界各地的研究人员考虑2D材料的新应用
我们希望看到更多的工作朝着这个方向前进
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