量子电子学应用量子的奇异特性新应用，新电子学就此诞生！|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

量子的奇异特性新应用，新电子学就此诞生！

美国生物设计研究所生物电子和生物传感器中心主任、亚利桑那州立大学教授Nongjian Tao博士。

英特尔(Intel)联合创始人Gordon Moore基于半导体技术的惊人发展提出了著名的“摩尔定律”。但即便是Moore这样具有伟大前瞻性的人，也不太可能预见到目前电子革命的激烈程度。随着电子设备小型化进程的加速，研究人员已经开始探索物理学性质与化学性质在分子尺度上的交融性。这对于改进数据存储和信息处理设备、开发分子开关以及其他科技创新均有重要意义。

《自然·材料》杂志2月11日载文称，美国生物设计研究所生物电子和生物传感器中心主任、亚利桑那州立大学教授Nongjian Tao博士等报道了一系列关于单分子电导的研究。在这个微观世界中，量子的特殊性质占据了主导地位。电子以电流的形式流动，但表现得像波，并会受到量子干涉现象的影响。实现对量子干涉现象的操控，可能有助于开发具有特殊性质的新型纳米电子设备。Tao说：“我们感兴趣的不仅是测量单个分子的量子现象，还包括如何控制它们。这对我们理解分子系统中的基本电荷传输，以及研发新的设备至关重要。”

Tao等通过研究分子的电荷传输特性，证实了电子具有的“幽灵波”性质（即量子干涉）可以在分子的两种不同构型下被精确地调制，这两种构型分别称为Para和Meta。研究人员认为，量子干涉效应可以引起分子级器件的电导性质产生显著变化——通过控制量子干涉，单个分子的电导率可以微调两个数量级以上。精确、连续地控制量子干涉被认为是未来分子级电子学和高速低功耗电子学发展的关键之一。单分子电子器件可能在晶体管、整流器、逻辑门、超导量子干涉器件(SQUID)、量子密码学和量子计算等未来应用领域有巨大的应用前景。

Tao等通过使用“电化学门控”技术，得以连续控制两个数量级的电导。而在过去，改变量子干涉特性需要对设备所有的载流子分子进行调整。Tao等的研究标志着在单个分子中进行电导调节已经成为现实。

正如Tao等提出的观点所述，分子尺度上的电导受到涉及分子电子轨道的量子干涉的敏感影响。具体来讲，最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO）之间的扰动可能是决定单个分子电导的主要因素。利用电化学门控技术，单个分子中的量子干涉可以被精确地调整。

虽然关于单分子电荷输运的理论计算已经完成，但其实验验证还需要扫描探针显微镜等技术的进一步发展才能实现。可喜的是，分子电子学已经为科学家带来了精确改变电导的新方法，大量技术创新值得世人期待了。

编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：南熙

盘点英飞凌在量子计算上的研究项目，涵盖从射频到碳化硅

英飞凌正在加强其在德国和欧洲开发量子计算技术的承诺。除了先前建立的计划和合作伙伴关系外，这家芯片制造商还参与了六个实际研究项目，作为德国未来量子技术经济刺激计划的一部分，并获得了相关补助。通过与研究机构和行业合作伙伴的合作，英飞凌将贡献其在微电子和工业制造方面的专业知识以及与未来量子计算机相关的应用经验。

量子计算可以将计算能力提升到前所未有的水平。当前高性能超级计算机需要数年才能完成的任务用量子计算可能仅需数天甚至数小时时间。这将通过在分子尺度上模拟过程来加速药物或化学催化剂的开发。计算还可用于优化物流中复杂的流程，从而使供应链更加稳健。但在使量子计算机变得相对轻巧和用户友好之前，仍然需要克服技术障碍。

“英飞凌将量子技术视为全球竞争中的重大机遇，因为它们构成了一项全新的发展，”英飞凌首席执行官 Reinhard Ploss 博士说。“我们距离决定哪条技术路径将取得最快的进展以及量子计算将成功处理哪些应用程序还有很长的路要走。因此，英飞凌正在对各种方法进行研究。通过参与新项目，我们将扩大我们遍布整个量子技术价值链，从硬件和软件到生产乃至应用。这些项目的密切合作将加快发展步伐，为未来的成功奠定基础。”

研究项目的目标是克服使用量子技术的障碍。将建造演示器，集成电子控制，并开发用于使用量子计算机的软件。所有领域的挑战仍然很大：适用的量子计算的发展不仅仅涉及为计算提供更多更好的量子比特。它还要求采用一种整体方法，除硬件外，还要考虑外围设备、软件和应用。英飞凌正在贡献其在各个不同领域的扩展和制造经验，并将研究可能的应用。

项目的详细信息：

• ATIQ 项目（用于俘获离子量子计算机的应用）包括来自研究机构的 25 个合作伙伴，工业界正在开发一种基于离子阱的量子计算demo，该demo可以在 30 个月内全天候可靠地提供给用户。最初，demo将使用 10 个量子位，而后将扩展到 100 多个量子位。英飞凌正在贡献其在离子阱项目以及控制电子学和低温电子学方面的专业知识。

• MuniQC-SC（慕尼黑基于超导体的量子计算）开发基于超导体的量子计算demo。英飞凌正在与该项目的十个研究和初创合作伙伴合作，其中包括实验室、小批量和工业规模制造商。英飞凌正在为半导体生产的工业制造工艺贡献专业知识。

• QuMIC 项目（微波集成电路的量子位控制）共涉及六个合作机构，重点关注基于离子阱或超导量子位的量子计算所需的射频电子设备和控制电子设备的小型化。英飞凌正在协调该项目，并专注于研究射频范围内的高度集成计算机芯片以及它们在量子电子学中的集成。该项目还专注于开发紧凑型多芯片模块。

• QVOL（基于碳化硅磁场传感器的量子传感器量产）是英飞凌参与的第一个量子传感器项目，牵头的研究联盟共有六个合作伙伴。英飞凌的主要任务是开发基于碳化硅技术的量子传感器结构，该结构也适用于批量生产。

• QuaST（量子支持服务和工具）项目正在开发软件工具，这将大大简化用户对量子的访问。