新的量子突破可能会导致超高效的电子装置

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Haley Zaremba

Sat, September 27, 2025 at 8:00 AM GMT+9

科学家们正越发接近来解锁量子物理的精妙舞蹈彻底改变我们生产能量的方式。随在人工智能兴隆的背后计算行业威胁用尽能量，科学家正竞速带量子计算进入现实作为一种解决危险的能源安全困境同时让计算技术继续前进。

我们知道量子物理和量子计算在能源领域内的潜力，但在它背后仍有诸多我们不了解的科学。观测量子世界是超困难的，因为涉及的行为和反应发生在如此微小的尺度上，如此闪电的快，对人类这些过程只是看不见的。

但科学家们正在克服这个挑战上做的更好。麻省理工学院的研究人员已经开发了一种创新的放大量子霍尔效应的重新创造来更有效观测一种通常在太小尺度上发生、太快不能研究的现象的方法。不是观测电子，而是该团队已经发现了一种超冷钠原子并用激光以一种允许它们来模拟有趣的叫“边缘态”的方式控制它们的空间排列。

通常情况下，电子在所有方向自由移动，当它们遇到一个障碍时因摩擦随机的散射。然而在某些环境和某些异域材料中，它们不一样的行为——一起流动并在一个沿着材料边缘的方向中。这被称为量子霍尔效应。现在，麻省理工学院的科学家们已经发现了一种有意义的研究该效应以便我们总有一天能利用这种“边缘态”物理用近乎无限的能量来革新计算技术。

麻省理工学院的一篇新闻报道解释道，“在这种罕见的‘边缘态’中，电子能不用摩擦流动，就像它们贴着它们的集中在边缘的流上一样不费力的绕着障碍物滑翔，与超导体不一样，在那里在一种材料中的所有电子无阻力流动，电流被边缘模式携带仅发生在材料的边界” 。

这种缺乏阻力意味着一个能量损耗的缺乏，这将对几乎任何使用现代技术的领域有巨大且颠覆性的影响。按照来自《有趣工程》报道：“这种电子的无摩擦运动能使跨设备间数据与能量传输没有任何传递损耗成为可能，导致超高效电子电路和量子计算机的研发” 。

量子计算已经因它的根本上改变新计算流程能够提升效率并因此急剧降低科技行业能耗需要正光鲜越来越多的关注。在某些应用中，量子计算机可比流行的超级计算机更能效百倍。这对人工智能和它的日益膨胀的能耗脚印有重大意义，因为量子计可能是特别适合人工智能处理。

虽然常规计算是二进制的，用1和0作为开和关。量子计算经由量子比特操作——这些量子比特能同时的既是 “开”又是“关”就像一枚硬币在它头还是尾落地之前空中旋转一样。这种同时的“开和关”状态被称为超位，它可能彻底改变计算的根本。

量子计算和量子物理学领域在它们进入任何种商业领域之前仍然更广泛的有一条要走的长路。但我们的这些现象的理解和它们在能源和技术领域的潜在应用正在快速的前进。麻省理工学院近期的通过对量子过程提供一个可靠的和更可观测的参与可能催化量子实验的突破，把我们更进一步带向一个无限能源的未来。

由Haley Zaremba为Oilprice.com撰写