未來量子晶片什麼造？

量子電腦是一種使用量子邏輯進行通用計算的設備。不同于傳統電腦，量子計算用來存儲資料的物件是量子比特，它使用量子演算法來進行資料操作。

常規電腦使用二進位資料，存儲為1或0的資訊。由於量子力學的特性，量子位可以同時代表0和1的第三個狀態。第三個狀態可以用來加速計算，以至於只有幾十個量子位元的量子電腦就可以像一個有十億個二進位電晶體的微晶片一樣快地完成一些計算。

量子電腦離真正影響人們的生活還有很遠。但2017年在量子電腦的早期發展階段無疑具有里程碑式的意義。據美國媒體報導，IBM已率先突破 49 個量子比特模擬大關,量子計算的發展來到了一個臨界點，當量子比特模擬突破50個後，它將可以開始解決其他更傳統的方式無法高效計算甚至無法計算的重要問題，諸如航太科學，宇宙科學、醫學或軍事等尚未解決的許多難題。也可以這麼形容，它的運算能力將比現有的超級電腦強上百倍，但體積卻小得多。

一切都發生在一個非常小的空間裡。為了獲得這些量子性質，研究人員必須使用高品質的材料，這是當今電子領域最尖端的研究之一，世界各國的團隊都在試圖攀登這一高峰。最近，一個美國研究量子電子材料的團隊發現，像石墨烯（C），二硫化鉬（MoS2）和二硒化鎢（WSe2）這樣的材料可以單獨或通過結合來產生較少熱量的微小晶片，未來將可能用於製造量機電腦的核心處理器材料，例如半導體電晶體。

研究人員說：“材料需要僅有單原子的厚度，也就是我們常稱的二維材料，這種材料將是下一代電子設備的革命性換代，但是實際上目前把電路設計到如此薄的程度是一個挑戰，二維材料很薄 - 只有幾個原子層厚。但是他們改變紅外成像，量子資訊技術等等的潛力是巨大的”。

有關於二維材料，石墨烯無疑是風光無限的明星，但實際上石墨烯並不是唯一的一種二維材料，研究人員認為，這世界上存在著將近1000種的二維材料，但石墨烯開創了這類材料應用的先河。除了石墨烯外，過渡金屬二硫化物也被廣泛研究的關注，它們統稱為TMDS，這其中有二硫化鎢、二硫化鉬、二硒化鎢、二硒化鉬等。

研究人員認為，TMDS過渡金屬二硫化物這種類型的二維半導體中的電子和空穴的自旋可以處於兩種狀態中的一種，這兩種狀態通常被描述為向上 - 向上旋轉 - 向下 - 向下旋轉這就是所謂的自旋分裂，而且研究人員首次在TMDC材料中測量了電子,並在TMDC中使用自旋分裂來引入石墨烯中的極化自旋電流而不使用磁場。

一般來說，石墨烯、二硒化鎢等二維材料機械堅韌，可以顯著彎曲而不會斷裂。一些是良好的導體或強光吸收體，允許應用於柔性電子器件，光子學或兩者的組合。在量子資訊領域，TMDS能夠在薄膜內製造單光子發射體，這些發射器可以精確定位。還有其他單光子源，如量子點或鑽石的色彩中心，多年的研究表明，在量子資訊技術和其他地方，TMDS二維材料光子源是可靠的，強大的並且按需產生光子，這就是TMDS量子應用的重要優勢。

 這些發現使得量子研究領域向前邁進了一步，並且根據電荷載體的不同性質，二維材料越來越可能在未來的電子器件中發揮作用，研究人員表示，它們已經實現可以在這些TMDC材料中獲得旋轉，量化並使用它來引入新的功能。隨著設備技術的發展，我們將會邁進一個量子優勢時代；在這個時代中，大量的企業、科學家和工程師將能夠充分利用量子硬體和量子計算能力，繼續解決日益複雜的問題。

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