为了让超导量子计算机在速度和容量上超越经典计算机，它们的量子比特需要在相同的波长上。然而，实现这一目标是以牺牲尺寸为代价的。经典计算机中使用的晶体管已经缩小到纳米级，但如今的超导量子比特仍然以毫米为单位测量，而一毫米是等于一百万纳米。

将量子比特组合成越来越大的电路芯片，相对而言，这最终会占用很大的物理空间，也意味着量子计算机会占用大量的物理空间。所以，量子计算机还不是我们可以随身携带或戴在手腕上的设备。

为了在保持其性能的同时缩小量子比特的大小，该领域需要一种新的方法来构建电容器，以存储为量子比特“供电”的能量。最近，哥伦比亚工程学院的James Hone教授与雷神BBN技术公司合作，他们展示了一种由二维材料制成的超导量子比特电容器，其尺寸仅为以前的一小部分。

以前为了制造量子比特芯片，工程师不得不使用平行板电容器，并将必要的带电板并排放置。堆叠这些板会节省空间，但传统并联电容器中使用的金属会干扰量子比特存储的信息。

于11月18日发表在《Nano Letters》上的这项研究中，Hone教授的博士生Abhinandan Antony和Anjaly Rajendra将氮化硼绝缘层夹在两个超导二硒化铌带电板之间。这些绝缘层都只有一个原子厚，它由范德华力(电子之间的弱相互作用)保持在一起。然后，该团队将这种电容器与铝电路相结合，创建了一个包含两个量子比特的芯片，其面积为109平方微米，厚度仅为35纳米，这比传统方法生产的芯片小1000倍。

当他们将量子比特芯片冷却到刚好高于绝对零度时，量子比特有了相同的波长。该团队还观察到了关键的特征，能表明两个量子比特正在纠缠在一起并作为一个单元起作用，这种现象被称为量子相干性。Hone说，这意味着可以通过电脉冲操纵和读出量子比特的量子态。这种相干时间很短，略高于1微秒，而传统构建的平行板电容器约为10微秒，但该研究还只是探索在该领域使用二维材料的第一步。

麻省理工学院的研究人员于8月发表在arXiv上的一项独立研究也利用二硒化铌和氮化硼为量子比特构建平行板电容器。麻省理工学院团队研究的设备展示出了高达25微秒的相干时间，这表明其仍有进一步提高性能的空间。

从这项研究开始，Hone教授和他的团队将继续改进他们的制造技术并测试其他类型的二维材料以增加相干时间，因为相干时间反映了量子比特存储信息的时间。Hone说，新的设备设计通过将元素组合到单个范德瓦尔斯堆栈中或通过为电路的其他部分部署二维材料，应该能够进一步缩小尺寸。

Hone说：“我们现在知道二维材料可能是使量子计算机成为可能的关键。但现在还为时尚早，像这样的发现将激励全世界的研究人员考虑二维材料的新应用。我们希望在这个方向上看到更多的工作。”（编译:Qtech）