石墨烯是下一代運(yùn)算的材料新寵，如今，研究人員們還為其找到一種可望應(yīng)用在未來(lái)量子電腦的新方法。

　　“能谷電子”(Valleytronics)，這個(gè)名稱類似于與其競(jìng)爭(zhēng)的自旋電子(spintronics)，能夠讓量子位元(qubit)在雙層石墨烯之間的波谷傳導(dǎo)時(shí)，實(shí)現(xiàn)新的編碼技術(shù)。相較于自旋電子在旋轉(zhuǎn)的電子上編碼量子位元的量子資訊，能谷電子藉由電子波沿著雙層石墨烯磁疇壁穿越多個(gè)波谷，從而為編碼量子位元提供動(dòng)能。

　　此外，針對(duì)未來(lái)量子電腦需要越來(lái)越高的量子位元密度，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院(Georgia Tech)和Honeywell已經(jīng)制造出一種離子阱架構(gòu)了。

　　“量子位元可在雙層石墨烯磁疇壁沿著經(jīng)拓?fù)浔Ｗo(hù)的1D電子傳導(dǎo)通道實(shí)現(xiàn)波谷極化，”喬治亞理工學(xué)院教授Feng Wang表示，“在2D石墨烯晶格中的1D波谷極化傳導(dǎo)通道，為未來(lái)的量子電腦開(kāi)啟了新機(jī)會(huì)?！盕eng Wang與博士后研究人員Zhiwen Shi、博士候選人Long Ju共同進(jìn)行這項(xiàng)研究。

　　在中介層晶片上方的離子阱晶片(中間)扇出1x3mm布線至1cm正方形球閘陣列(BGA)　　

　　Feng Wang的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)針對(duì)這個(gè)主題研究長(zhǎng)達(dá)八年了，還曾經(jīng)分別使用過(guò)砷化鋁、鉍、碳奈米管、硫化物、金剛石、石墨烯、矽烯與矽等各種不同的材料進(jìn)行研究，但一直未發(fā)現(xiàn)能谷電子。后來(lái)，F(xiàn)eng Wang的研究團(tuán)隊(duì)利用美國(guó)勞倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)的先進(jìn)光源，首先在可調(diào)諧的2D半導(dǎo)體(雙層石墨烯)中詳細(xì)表征1D波谷。他們發(fā)現(xiàn)，在4℃開(kāi)氐溫度下，雙層石墨烯中的波谷編碼電子彈道長(zhǎng)度大約為400nm，使其成為在未來(lái)量子電腦中進(jìn)行過(guò)濾與閾值的理想技技術(shù)。

　　透過(guò)紅外線(IR)光(黃色部份)能聚焦雙層石墨烯成像于涂覆金屬的原子力學(xué)顯微鏡(AFM)，并以反向散射紅外線輻射測(cè)量波谷。　　

　　接著，研究人員們打算在雙層石墨烯中增加彈道長(zhǎng)度，從而創(chuàng)造出電子波谷濾波器以及其他小型元件。

　　研究人員們利用近場(chǎng)紅外線(IR)顯微鏡發(fā)現(xiàn)雙層石墨烯磁疇壁之間的1D電子導(dǎo)電通道　　

　　美國(guó)能源部(DoE)科學(xué)辦公室為這項(xiàng)研究提供資金贊助。

　　量子離子阱

　　儲(chǔ)存量子位元的另一種方式是透過(guò)離子阱，藉由雷射方式在離子原子上編碼量子資訊。喬治亞理工學(xué)院與Honeywell日前共同展示一種新的離子阱架構(gòu)，可使一顆晶片所能容納的離子阱增加好幾倍。在離子阱中所容納的量子位元可透過(guò)雷射方式進(jìn)行讀寫。

　　透過(guò)勞倫斯柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的近場(chǎng)IR顯微鏡，研究人員們發(fā)現(xiàn)雙層石墨烯磁疇壁上的明亮線路。

　　離子阱以往只能儲(chǔ)存圍繞晶片的周邊，以便使電極可輕易地存取，如今透過(guò)新的中介層技術(shù)，離子阱可均勻儲(chǔ)存在整個(gè)晶片上，從BGA背面進(jìn)行存取。透過(guò)將表面與邊緣電容器轉(zhuǎn)換成溝槽式電容器，可為中介層量子位元離子阱釋放更多空間。

　　研究人員表示，新的微加工技術(shù)還可應(yīng)用在制造其他原子級(jí)元件上，包括感測(cè)器、磁力計(jì)以及晶片級(jí)原子鐘。美國(guó)情報(bào)先進(jìn)計(jì)劃研究署(IARPA)為這項(xiàng)研究提供資金贊助。