一类新材料——二维范德瓦尔斯层状晶体的出现，开启了许多量子应用的大门。

波兰华沙大学物理学院的科学家在层状二维材料 ZnPS₃ 中观测到了单光子发射。这项工作标志着低维材料向量子信息科学应用迈出了关键一步，新加坡国立大学和荷兰拉德堡德大学的研究人员也参与了此项研究。

量子计算被视为计算领域的下一个前沿。目前仍在开发中的量子计算机，一旦实现大规模商用，将会让当今最快的超级计算机看起来如同老式计算器。多项实验已经表明，量子计算机能在数秒内完成超级计算机需要数十年才能完成的计算。

这得益于其底层技术。量子计算机不使用二进制比特，而是使用量子比特，它能够同时存储 0 到 1 之间的多个值。在计算时，量子比特可以利用这些值并行运算，这使得其速度相比使用二进制的经典计算机呈指数级提升。

寻找量子材料

量子计算的潜力驱使初创公司和大学纷纷寻找可用作量子比特的材料。迄今为止，大多数方法都需要将材料冷却至接近绝对零度的温度，才能探测和操控量子态。

虽然这在科研环境中可行，但若真要扩大量子计算的规模，就需要在室温下也能使用。金刚石中的色心已被广泛研究用于量子系统，并显示出了很有前景的结果。然而，二维范德瓦尔斯层状晶体这类新材料的出现，暴露了金刚石的不足之处。

二维晶体可以轻松转移并放置在任何基板上，从而无缝集成到微型电路、硅芯片甚至光纤中。这种多功能性的主要优势在于，能够在单个芯片上设计多元件电路，为集成量子处理器铺平道路。

波兰研究人员的发现

华沙大学的研究人员对纳米级厚度的三硫化磷锌（ZnPS₃）薄片进行了研究。这种材料具有 3.63 eV 的宽带隙，而拥有如此宽带隙的材料需要大量能量才能使电子挣脱束缚。

这使它们能在更高的电压和温度下工作，同时让处理器以更高的频率运行而没有明显的能量损耗。带隙更高的材料所需的冷却系统更小，并且可以比硅基硬件进一步微缩。

当研究人员用激光激发该材料时，其晶格结构中的点缺陷产生了光子流。这些光子是高度偏振的，这一特性对于量子密码学等方法的研究十分有用。

然而，他们工作的一个重要部分是确定实现单光子发射的微观机制。研究人员推测，单个磷原子的空位是这种发射的来源。

该研究成果已发表在期刊《ACS Nano》上。

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