科学探索|超薄材料有望带来量子计算的巨大进步( 二 ) 超薄材料有望带来量子计算的

Wang说："我们付出的代价是，板子要大得多，因为你稀释了电场，并使用了一个大得多的真空层。每个单独的量子比特的大小将比你能在一个小设备中包含所有东西的情况下大得多。而另一个问题是，当你有两个量子比特彼此相邻，并且每个量子比特都有自己的电场向自由空间开放时，它们之间可能会有一些不必要的谈话，这可能会使你很难只控制一个量子比特。人们很想回到电容器的非常原始的想法，这只是两个电板，中间夹着一个非常干净的绝缘体。"
他们认为六方氮化硼，来自一个被称为范德瓦尔斯材料（也被称为二维材料）的家族将是建立电容器的良好候选材料。这种独特的材料可以减薄到一层原子，其结构是结晶性的，不包含缺陷。然后，研究人员可以将这些薄层堆叠成所需的配置。
为了测试六方氮化硼，他们进行了实验，以表征该材料在超低温下与高频电场相互作用时的清洁程度，并发现当能量通过该材料时，损失非常小。
以前表征hBN（六方氮化硼）的大部分工作是在或接近零频率的情况下使用直流传输测量进行的。然而，量子比特在千兆赫兹系统中工作。hBN电容器在这些频率下具有超过100000的质量系数，这是目前平版印刷定义的集成平行板电容器的最高质量系数之一。
【科学探索|超薄材料有望带来量子计算的巨大进步】他们使用六边形氮化硼来建造一个用于量子比特的平行板电容器。为了制造该电容器，他们将六方氮化硼夹在另一种范德瓦尔斯材料--二硒化铌的极薄层之间。
复杂的制造过程包括在显微镜下准备一原子厚的材料层，然后用一种粘性聚合物抓住每一层并将其堆叠在另一层上面。他们将粘性聚合物与二维材料的堆叠放在了四维电路上，然后融化聚合物并将其洗掉。他们将电容器连接到现有的结构上，并将量子比特冷却到20毫开尔文（-273.13℃）。
由此产生的量子比特比他们在同一芯片上用传统技术制造的小100倍。用他们的新设计，量子比特的相干时间或寿命只缩短了几微秒。用六方氮化硼建造的电容器在上下板之间含有90%以上的电场，这表明它们将大大抑制相邻的量子比特之间的串扰。这项工作是对哥伦比亚大学和雷神公司的一个团队最近研究的补充。
在未来，研究人员希望用这种方法在一个芯片上构建许多量子比特，以验证他们的技术是否能减少交叉串扰。他们还想通过微调制造过程来提高量子比特的性能，甚至用二维材料来构建整个量子比特。
"现在我们已经扫清了一条道路，表明你可以安全地使用尽可能多的六方氮化硼，而不用太担心缺陷。这开辟了很多机会，可以制造各种不同的异质结构，并将其与微波电路相结合，你可以探索的空间更大。"Wang说："在某种程度上，可以以任何方式使用这种材料，而不用太担心与电介质有关的损耗。"