北京
量子材料有望革新从超级计算机、超安全通信到先进能源系统的众多技术，但一个关键障碍始终横亘在前——大多数量子材料只有在接近绝对零度的极寒环境下才会展露出奇异特性。室温条件下，由热量引发的持续性原子振动很容易淹没研究人员想要驾驭的脆弱量子效应，而要压制这种运动就必须动用庞大的低温冷却系统，这使得许多前景看好的材料至今仍局限在实验室里，难以走向实际设备。
如今，路易斯安那州立大学（LSU）的物理学家们造出了第一种能够在室温下区辨不同光的量子态、并把它们沿分离路径传输的量子材料。这项由该校物理学副教授奥马尔·S·马加尼亚-洛艾萨领导的工作发表在《自然》杂志上，同时还给出了一种设计新量子材料的通用策略，有望在计算、安全通信、传感以及先进能源技术等领域得到应用。
研究人员并非沿用自然界已有的材料，而是从零开始搭建出自然界中所没有的结构。他们先在玻璃芯片上镀了一层薄金膜，随后利用聚焦离子束在金膜上切割出数百个微观开口。每个狭缝都相当于一个人工原子，或者说“超原子”。这些超原子有序排列，便构成了一种比头发丝还薄的、不同于一切天然晶体的独特晶体。
当光进入芯片后，会沿金表面传播并与这些超原子相遇。通过调控超原子的尺寸、几何形状和间距，研究团队得以在室温下以前所未有的方式操控光的量子行为。该团队前博士后、现电子科技大学教授游成龙表示：“这个项目最令人兴奋的部分之一，就是我们意识到可以构建出一种自然界本身无法提供的材料。看着它完全按照我们的理论预测工作，真的非常有成就感。”
论文作者之一、最近完成博士学业并即将赴美国国家标准与技术研究院做博士后研究的莱利·B·道金斯进一步解释说：“通过设计等离子体超晶体中超原子的分布，我们可以系统地规定哪些量子统计能够穿过结构。因此，我们的晶体实质上充当了一个量子态的统计过滤器。”
马加尼亚-洛艾萨在LSU的量子光子学团队包揽了这一成果的全部环节，从原创概念、理论计算、材料设计到纳米加工和实验测试。这项工作的重要意义在于，它证明了不必依赖极端低温，也能让量子材料展现精确操控量子光的本领，为量子技术走出实验室铺设了新的道路。
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