（文章來源：博科園）

經過幾十年的小型化，我們所依賴的計算機和現代技術所依賴的電子元件現在已達到基本極限，面對這一挑戰，世界各地的工程師和科學家正在轉向一種全新的范式：量子信息技術。量子技術利用了在原子水平上支配粒子的奇怪規則，通常被認為過于微妙，不能與我們每天在手機、筆記本電腦和汽車中使用的電子產品共存。

然而，芝加哥大學普利茲克分子工程學院的科學家們宣布了一項重大突破：量子態可以集成并控制在由碳化硅制成的常用電子設備中。芝加哥大學分子工程的劉家族教授，也是量子技術的先驅，首席研究員大衛·奧沙勒姆(David Awschalom)說：在商業電子中創造和控制高性能量子位的能力令人驚訝。

這些發現改變了我們對發展量子技術的看法，也許可以找到一種方法，利用當今的電子學來建造量子設備。在《科學》與《科學進展》期刊上發表的兩篇研究論文中，Awschalom的研究小組，證明了他們可以對嵌入在碳化硅中的量子態進行電控制。這一突破可能會提供一種更容易設計和建造量子電子的方法。

與科學家通常需要用于量子實驗的奇異材料形成對比，比如超導金屬、懸浮原子或鉆石。碳化硅中的這些量子態還有一個額外好處，那就是發射出波長接近電信波段的單個光粒子。阿爾貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)資深科學家、芝加哥量子交易所(Chicago Quantum Exchange)主任奧沙洛姆(Awschalom)說：這使得它們非常適合通過相同的光纖網絡進行遠程傳輸，該網絡已經傳輸了全球90%的國際數據。此外，當這些輕粒子與現有的電子器件結合時，可以獲得令人興奮的新性質。

例如，在發表在《科學進展》期刊上的論文中，該團隊能夠創造出Awschalom所稱的“量子調頻收音機”；就像音樂被傳輸到你的汽車收音機一樣，量子信息可以被發送到極遠的距離。論文的第一作者，研究生凱文·苗(Kevin Miao)說：所有的理論都表明，為了在一種材料中實現良好的量子控制，它應該是純凈的，沒有波動場，結果表明，通過適當的設計，一種設備不僅可以減少這些雜質，而且還可以創造出以前不可能實現的額外控制形式。在發表在《科學》期刊上的研究論文中，他們描述了第二個突破，解決了量子技術中一個非常常見的問題：

噪音。該論文的第一作者、研究生克里斯·安德森(Chris Anderson)表示：雜質在所有半導體器件中都很常見，在量子層面上，這些雜質可以通過制造嘈雜的電子環境來擾亂量子信息，對于量子技術來說，這幾乎是一個普遍存在的問題。但是，通過使用電子學的基本元素之一的二極管，即電子的單向開關，研究小組發現了另一個意想不到的結果：量子信號突然變得沒有噪音，幾乎完全穩定。論文的另一位合著者、研究生亞歷山大·布拉薩(Alexandre Bourassa)說：在實驗中需要使用激光，不幸的是，這會讓電子相互碰撞。

這就像是電子和音樂椅的游戲；當光線熄滅時，一切都停止了，但配置不同了。問題是，這種隨機的電子構型會影響量子態。但發現，施加電場會將電子從系統中移除，使系統更加穩定。通過將量子力學的奇異物理與發達的經典半導體技術相結合，研究團隊正在為即將到來的量子技術革命鋪平道路。這項研究使我們離實現能夠在世界各地的光纖網絡中，存儲和分發量子信息的系統又近了一步。這樣的量子網絡將帶來一類新技術，能創建不可竊聽的通信信道，單電子態的隱形傳態和量子互聯網的實現。
（責任編輯：fqj）