量子计算机，但凡查过价格的人都知道，是个麻烦精。它们需要接近绝对零度（-459°F）的温度，这差不多是深空的温度，也巧合地是大多数人对这项技术耐心的温度。但斯坦福大学的研究人员开发出一种纳米级光学设备，能在室温下工作，通过连接光和电子的量子特性。这可能导致更小、更便宜的量子技术，能够长距离传输信息，而无需低温设施。

该设备实现了光子（光粒子）与电子之间的纠缠，这是量子通信的基本要求。斯坦福大学材料科学与工程教授、发表在《自然通讯》上的这项研究的资深作者Jennifer Dionne指出，材料本身并不新，但他们的使用方式很新。“它提供了电子和光子之间非常通用、稳定的自旋连接，这是量子通信的理论基础，”她说。“但通常，电子自旋消失得太快，无法使用。”所以他们解决了这个问题。

这个装置结合了薄图案化的二硒化钼（MoSe2）层和纳米图案化的硅基底。二硒化钼属于过渡金属二硫族化物（TMDCs）家族，因其光学和量子特性而备受青睐。硅纳米结构产生研究人员所谓的“扭曲光”。博士后学者、论文第一作者Feng Pan解释说：“光子以开瓶器方式旋转，但更重要的是，我们可以用这些旋转光子将自旋赋予电子，而电子是量子计算的核心。”所以这基本上是一个非常小、非常精确的光扭曲器。

图案化的纳米结构大小与可见光波长相当——肉眼不可见，但对于操纵光子自旋向上或向下至关重要。这种扭曲光可以与电子自旋纠缠，创建量子比特，即量子信息的基本单元。在传统计算中，是0和1；在量子中，量子比特利用量子效应以不同方式运作。最大的障碍是退相干——量子信息的丢失——通常需要极端冷却来防止。这个设备通过在室温下运行绕过了这一点，使其相对便宜且实用。

如果进一步发展，这项技术可以提升安全通信、先进传感、高性能计算和人工智能。团队选择了TMDC材料，因为它们具有不寻常的量子特性，并与斯坦福大学研究人员Fang Liu和Tony Heinz合作，他们专门研究这些材料。“这一切都归结于这种材料和我们的硅芯片，”Pan说。“它们一起有效地限制和增强光的扭曲，以创建光子和电子之间强烈的自旋耦合。这稳定了量子态，使量子通信成为可能。”

研究人员正在继续改进设备，探索额外的TMDC材料和组合以获得更好的性能。他们还在研究这些系统是否可能解锁目前室温下无法实现的新量子能力。一个更长期的目标是将此类设备集成到更大的量子网络中，这需要改进光源、调制器、探测器和互连。最终，他们希望量子组件可以小型化用于日常电子产品。“如果我们能做到这一点，也许有一天我们可以在手机上进行量子计算，”Pan笑着说。“但那是10年以上的计划。”所以别屏住呼吸，但也许可以开始计划一个更酷的手机。