不得了：电子学会“冲浪”，量子计算噪声归零

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量子计算机非常“娇气”。 环境里的一丁点热辐射， 甚至微弱的电流波动， 都会让计算结果出错。 这种错误源于电子噪声。 为了解决这个难题， 加州大学洛杉矶分校（UCLA）最近取得突破。 他们让电子学会了“冲浪”。 这项发现发表在《自然·通讯》上。 它可能让量子硬件走出深冷冰箱， 迈向室温应用。

在普通金属导线里， 电子像是在拥挤的人群中穿梭。 它们不断撞上晶格的振动。 这种振动被称为“声子”。 碰撞会产生“闪烁噪声”。 这是电子设备的大敌。 它会让手机信号变差， 也会让量子计算崩溃。

UCLA团队制造了特殊的纳米线。 他们使用了钽和铌这两种材料。 这些纳米线极细， 宽度只有头发丝的千分之一。 在特定电压下， 这里发生了神奇的一幕。

电子不再被声子撞得七零八落。 它们搭上了声子的“顺风车”。 这就像冲浪运动。 新手冲浪者会被浪打翻。 高手却能驾驭波浪， 借力前行。 在这个实验中， 电子与声子形成了“强关联”。 它们步调一致地集体运动。

令人惊讶的结果出现了。 随着电流增加， 噪声反而下降了。 在铌基材料的纳米线中， 这种现象甚至在室温下也能观测到。 噪声水平低到了难以测量的程度。

教科书里通常讲， 声子只会阻碍电子运动。 这是简化后的物理图像。 但在“强关联材料”中， 规则变了。

过去几十年， 科学家为了方便计算， 往往忽略这些复杂的相互作用。 UCLA的研究发现， 旧的理论模型完全失效了。 在之前的实验中， 噪声降低后往往会反弹。 但这次， 噪声一直保持在极低水平。

这说明我们对材料的理解还不够深。 研究团队不得不重新构建理论模型。 这一发现具有里程碑意义。 它标志着材料科学的范式转移。 人们开始重视准一维材料的独特性质。 这不仅是发现了一个新现象， 更是开启了一扇新大门。

在这个赛道上， 中国科学家并没有缺席。 甚至可以说， 中国有着深厚的积累。 中科院物理所、清华大学、北京大学等机构， 长期研究强关联电子系统。

这次UCLA用的是钽基和铌基材料。 中国在相关纳米材料制备方面， 工艺已经相当成熟。 面对室温量子计算这一终极目标， 国内团队也在寻找类似的“神奇材料”。 中科院在拓扑材料和低维材料方面的布局， 正好与这个方向契合。

UCLA的成果是一个信号。 它验证了技术路线的可行性。 中国有望凭借材料制备的优势， 在后续的工程化应用上加速追赶。 这场关于“静默电流”的竞赛， 才刚刚开始。

现在的量子计算机， 需要接近绝对零度的环境。 这需要庞大且昂贵的稀释制冷机。 这限制了量子计算机的普及。 UCLA的研究带来了希望。 尤其是铌基材料， 竟然在室温下也能显著降噪。

这意味着， 未来的量子硬件可能不需要那么冷。 这对于人工智能来说也是好消息。 AI算力需求爆炸， 急需低噪声、高速度的互连技术。 这种“电子冲浪”材料， 可能成为下一代芯片的基石。

研究者设想， 这种材料可以用于连接芯片上的组件。 甚至可能改变整个电路架构。 虽然距离商用还有距离， 但方向已经指明。 正如研究者所说， 搜索还在继续， 也许更好的材料就在下一个转角。

Subhajit Ghosh et al, A quieter state of charge and ultra-low-noise of the collective current in quasi-1D charge-density-wave nanowires, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-67567-x