量子通信或将正式走出实验室。斯坦福大学科研团队近日发布成果：一种可在室温下运行的纳米级光学量子器件，实现了光子与电子自旋之间的纠缠耦合，无需传统量子系统所依赖的极低温冷却。这一突破或将重塑量子加密、计算、人工智能等未来科技生态。

斯坦福团队开发的室温纳米级光学量子器件

目前的量子计算设备体积庞大、运行成本高昂，且需维持在接近绝对零度（约 -273°C）情况下才能保持量子态稳定。斯坦福材料科学团队近期在《自然·通讯》（Nature Communications）发表论文指出，他们开发出一种由二硒化钼（MoSe₂）构成的纳米光学芯片，该装置可在常温下使光子与电子发生量子纠缠，显著降低量子通信门槛。

研究负责人、材料科学与工程系教授 Jennifer Dionne 表示，此次突破并非基于全新材料，而是采用新方法激发已知过渡金属二硫族化物（TMDC）的量子潜力，实现了光电子稳定自旋耦合。“传统情况下，电子自旋衰减过快，难以用于量子通信，而我们解决了这一关键问题。”

装置由纳米结构硅基底支撑，在其上覆盖仅数层原子的 MoSe₂。研究团队通过硅纳米结构制造出可控的“扭曲光场”，即方向性自旋光子，并借此将光子自旋传递给电子，形成量子比特（Qubit）。与传统依赖低温维持量子态的方法相比，该器件无需耗能制冷，可极大提升量子系统部署效率和可扩展性。

团队认为，这一成果有望推动量子技术小型化和消费级落地，未来可能应用于：

  • 量子加密通信
  • 超高性能计算与人工智能系统
  • 量子传感、探测与安全芯片
  • 远距离量子网络构建

研究成员 Feng Pan 透露，下一阶段团队将尝试与更多 TMDC 材料组合，进一步增强量子性能，并探索将该器件集成至更大规模量子网络。“最终目标是把量子系统缩小到可嵌入日常电子设备。”Pan 笑称，“或许十年后，我们的手机就能运行量子计算。”

该研究由斯坦福大学、SLAC 国家加速实验室、美国能源部、DARPA 等多家机构支持，并获中国国家自然科学基金、广东省量子战略项目等联合资助。