摘要：量子计算，这个代表着未来科技方向的前沿领域，每一步进展都引人注目。但它也面临着巨大的挑战，其中最核心的一个，就是如何让那些极度敏感的量子比特在芯片上“亲密无间”地保持联系，也就是我们常说的“纠缠”。通常，量子比特之间的纠缠非常脆弱，一旦距离稍远，这种神秘的连接

量子计算，这个代表着未来科技方向的前沿领域，每一步进展都引人注目。但它也面临着巨大的挑战，其中最核心的一个，就是如何让那些极度敏感的量子比特在芯片上“亲密无间”地保持联系，也就是我们常说的“纠缠”。通常，量子比特之间的纠缠非常脆弱，一旦距离稍远，这种神秘的连接就会断开。然而，一项由多国科学家合作完成的最新研究，提出了一种颠覆性的解决方案：他们设计了一种特殊的芯片，能让光在其中几乎静止下来，而当光“静止”时，原本遥远的量子比特就能像近邻一样，轻松地进行“对话”。

这项研究的成果发表在《光：科学与应用》杂志上。科学家们设计了一种独特的“光子芯片”，它能让光线在其中以一种极其缓慢、近乎静止的状态行进。在普通材料中，光像海浪一样有波峰和波谷，不断向前涌动。但在这种芯片里，光的场变得非常均匀，波的“相位”几乎被抹平了。而当相位变得平坦时，一个奇特的物理现象就出现了：物理上相隔一段距离的光发射器，在光学上却变得“近在咫尺”。这种奇异的物理学原理，让量子比特之间的纠缠连接能够跨越超过12.5微米的距离，这个长度大约是自由空间中17个波长的长度。对于片上量子硬件而言，这可是一个巨大的进步。

这项技术之所以能取得如此突破，关键在于科学家们使用了所谓的“近零折射率”介质。通俗来说，就是一种能把光的传播速度降到几乎为零的特殊材料。之前的类似研究也曾尝试过类似方法，但往往因为金属材料的高损耗而失败。而这次，研究团队聪明地使用了全介电质（不导电的材料）来构建芯片，成功避开了高损耗问题，同时还确保光可以被有效地导入和导出。这种设计不仅解决了理论上的难题，更重要的是，它将工程实践中的考量也一并纳入了进来。比如，这个新平台对量子比特的精确位置要求大大降低，这对于实际的芯片制造来说，简直是解决了工程师们的一大心病。

科学家们在模拟中验证了这项设计的有效性。他们通过计算，展示了量子纠缠的持续性，在某些情况下可以比自由空间中长一个数量级。这意味着，如果这项技术能被成功应用，未来的量子芯片设计将不再需要把所有量子比特紧密地挤在一起。这不仅能简化芯片的布局，降低制造难度，还能为设计更复杂的量子算法，比如构建集群状态，提供更大的自由度。此外，这项技术对于量子网络的建设也大有裨益，它能让量子信号在中继站之间的传输距离更长，为可扩展的量子通信网络铺平道路。

当然，目前这项工作还停留在理论和数值模拟阶段。下一步，科学家们必须在实验室中制造出真正的设备，并进行实验测试，以确认这些令人振奋的模拟数据在现实中是否同样有效。但这无疑是量子科技迈出的重要一步，它利用一种我们平时无法想象的物理现象，为量子计算的核心难题提供了一个全新的解决方案。如果实验结果如预期般乐观，那么我们可以预见，在不远的未来，我们将看到一大批量子芯片涌现，光在其中几乎静止，但量子世界的运转却突然变得清晰、顺畅起来。

参考资料：DOI：10.1038/s41377-025-01994-9

来源：百姓认知堂