德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员开发了一种新方法，可以解决量子计算领域的挑战，并有可能彻底改变计算、通信和电子安全。

为了制造固态量子比特，量子计算机的基本信息单元，必须在固体材料中插入缺陷以控制电子的自旋态。然而，制造和定位缺陷，特别是在最常用的固体材料——合成钻石中——构成了一个重大挑战。

德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员发现，用称为过渡金属硫族化合物(TMD)的二维晶体片代替钻石制造量子位可以解决这个问题。在Erik Jonsson工程与计算机科学学院材料科学与工程教授Kyeongjae Cho博士的带领下，研究人员于6月<>日在Nature Communications上在线发表了他们的研究结果。

“我们需要从使用金刚石转向使用2D系统(如纸张)来控制缺陷位置。我们为这项研究调查了许多不同类型的2D材料和缺陷，“资深作者Cho说。

Cho说，控制量子比特特性的能力使研究人员能够开发出一种更好的方法来维持两个基本过程所需的量子比特条件：纠缠和光缆网络上的长距离通信。

量子纠缠是一种量子比特相互链接的现象，无论物理距离如何，都可以相互传输信息。它是使量子计算机能够同时处理大量信息的基础过程。但纠缠只能在精确控制的条件下保持。Cho说，使用TMD优化量子比特特性是这一过程中的关键步骤，应该有助于产生可靠的量子信息处理和通信。

TMD量子比特比金刚石量子比特提供了另一个优势。计算机之间的远距离通信通过光纤网络进行，并且要求信号采用红外光的形式。

“虽然钻石量子位必须首先转换为正确的红外波长，但基于TMD的量子比特不需要转换，”Cho说。

UTD研究人员还与麻省理工学院和其他机构的研究人员合作，开发了一种通过几何约束制造较小2D TMD单晶材料的方法。这项研究于18月<>日发表在《自然》杂志上。

UTD的材料科学与工程博士生Yaoqiao Hu是这两篇论文的合著者，他在从事Cho的量子计算机材料项目时对这项研究产生了兴趣。

“我认为量子计算非常有趣 - 它可以解决我们的经典计算机无法解决的问题，”胡说。“我想用材料科学提供技术，为实现量子计算的平台做出贡献。

去年夏天，胡先生在德州仪器(Texas Instruments)完成了实习，他希望在完成最后一年的博士课程后继续在该公司工作。

Xiuyao Lang也是材料科学与工程博士生，也是《自然通讯》论文的合著者，他于2021年进入UTD学习量子技术。

“我认为这对我来说是学习量子计算的好机会，”尤金麦克德莫特研究生研究员朗说。“这是我博士研究的良好开端。