量子控制方面的最新發現，將可能會實現基於量子力學的超快量子計算：光誘導無能隙超導，超導電流的量子節拍。太赫茲和納米尺度的物質和能量的量子世界（每秒幾萬億次周期和十億分之一米），對我們大多數人來說仍然是一個謎。愛荷華州立大學物理學和天文學教授王繼剛（音譯）說：我喜歡研究超導率超過千兆赫(每秒數十億次)的量子控制，這是目前最先進的量子計算應用瓶頸。
使用太赫茲光作為控制旋鈕來加速超電流，超導性是電在某些材料中無電阻的運動，通常發生在非常非常冷的溫度下。太赫茲光是高頻率光，每秒幾萬億次的頻率周期，它本質上是非常強和強大的微波爆發，在很短的時間內發射。王和一組研究人員證明，這種光可以用來控制超導態的一些基本量子特性。
包括宏觀超電流流動、對稱性破壞以及獲得某些被認為是對稱性所禁止的超高頻量子振蕩。這聽起來既深奧又奇怪，但它可以有非常實際的應用。光誘導的超導電流為電磁設計量子工程應用的湧現，材料特性和集體相干振蕩開闢了一條前進的道路，其研究於2019年7月1日發表在《自然光子學》(Nature Photonics)上。換句話說，這一發現可以幫助物理學家通過推動超電流，創造出速度極快的量子計算機。
如何控制、訪問和操縱量子世界的特殊特性，並將它們與現實世界的問題聯繫起來，是當今科學界的一大推動。美國國家科學基金會(National Science Foundation)將這一「量子飛躍」納入了未來研發的「十大理念」。科學基金會對量子研究的支持總結說：通過利用這些量子系統的相互作用，下一代用於傳感、計算、建模和通信的技術將更加精確和高效。
要達到這些能力，研究人員需要了解量子力學，以觀察、操縱和控制粒子和能量的行為，其尺寸至少要比人類頭髮的寬度小100萬倍。王和合作者——來自愛荷華州的徐陽、齊拉格·瓦斯瓦尼和梁羅，負責太赫茲儀器和實驗威斯康星大學麥迪遜分校的Chris Sundahl、Jong-Hoon Kang和Chang-Beom Eom負責高質量超導材料及其表徵，伯明罕阿拉巴馬大學的Martin Mootz和Ilias E. Perakis負責模型的建立和理論模擬。
通過發現新的宏觀超導電流流動狀態，開發量子控制開關和調製來推進量子前沿。從太赫茲光譜學儀器獲得的實驗數據表明，太赫茲超導電流的光波調諧是一個通用的工具，它是推動量子功能在許多交叉學科達到極限的關鍵，目前的研究為未來多年通過太赫茲量子控制，光波超導電子開闢了一個新領域。
博科園｜研究/來自：愛荷華州立大學參考期刊《自然光子學》DOI: 10.1038/s41566-019-0470-y博科園｜科學、科技、科研、科普