未来量子芯片什么造？

量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。不同于传统电脑，量子计算用来存储数据的对象是量子比特，它使用量子算法来进行数据操作。

常规计算机使用二进制数据，存储为1或0的信息。由于量子力学的特性，量子位可以同时代表0和1的第三个状态。第三个状态可以用来加速计算，以至于只有几十个量子位的量子计算机就可以像一个有十亿个二进制晶体管的微芯片一样快地完成一些计算。

量子计算机离真正影响人们的生活还有很远。但2017年在量子计算机的早期发展阶段无疑具有里程碑式的意义。据美国媒体报导，IBM已率先突破 49 个量子比特模拟大关,量子计算的发展来到了一个临界点，当量子比特模拟突破50个后，它将可以开始解决其他更传统的方式无法高效计算甚至无法计算的重要问题，诸如航天科学，宇宙科学、医学或军事等尚未解决的许多难题。也可以这么形容，它的运算能力将比现有的超级计算机强上百倍，但体积却小得多。

一切都发生在一个非常小的空间里。为了获得这些量子性质，研究人员必须使用高质量的材料，这是当今电子领域最尖端的研究之一，世界各国的团队都在试图攀登这一高峰。最近，一个美国研究量子电子材料的团队发现，像石墨烯，二硫化钼（MoS₂）和二硒化钨（WSe₂）这样的材料可以单独或通过结合来产生较少热量的微小芯片，未来将可能用于制造量机计算机的核心处理器材料，例如半导体晶体管。

研究人员说：“材料需要仅有单原子的厚度，也就是我们常称的二维材料，这种材料将是下一代电子设备的革命性换代，但是实际上目前把电路设计到如此薄的程度是一个挑战，二维材料很薄 - 只有几个原子层厚。但是他们改变红外成像，量子信息技术等等的潜力是巨大的”。

有关于二维材料，石墨烯无疑是风光无限的明星，但实际上石墨烯并不是唯一的一种二维材料，研究人员认为，这世界上存在着将近1000种的二维材料，但石墨烯开创了这类材料应用的先河。除了石墨烯外，过渡金属二硫化物也被广泛研究的关注，它们统称为TMDS，这其中有二硫化钨、二硫化钼、二硒化钨、二硒化钼等。

研究人员认为，TMDS过渡金属二硫化物这种类型的二维半导体中的电子和空穴的自旋可以处于两种状态中的一种，这两种状态通常被描述为向上 - 向上旋转 - 向下 - 向下旋转这就是所谓的自旋分裂，而且研究人员首次在TMDC材料中测量了电子,并在TMDC中使用自旋分裂来引入石墨烯中的极化自旋电流而不使用磁场。

一般来说，石墨烯、二硒化钨等二维材料机械坚韧，可以显着弯曲而不会断裂。一些是良好的导体或强光吸收体，允许应用于柔性电子器件，光子学或两者的组合。在量子信息领域，TMDS能够在薄膜内制造单光子发射体，这些发射器可以精确定位。还有其他单光子源，如量子点或钻石的色彩中心，多年的研究表明，在量子信息技术和其他地方，TMDS二维材料光子源是可靠的，强大的并且按需产生光子，这就是TMDS量子应用的重要优势。

 这些发现使得量子研究领域向前迈进了一步，并且根据电荷载体的不同性质，二维材料越来越可能在未来的电子器件中发挥作用，研究人员表示，它们已经实现可以在这些TMDC材料中获得旋转，量化并使用它来引入新的功能。随着设备技术的发展，我们将会迈进一个量子优势时代；在这个时代中，大量的企业、科学家和工程师将能够充分利用量子硬件和量子计算能力，继续解决日益复杂的问题。（中钨在线：伟平）

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