【創科廣場】石墨烯助量子電腦成真 應用物料研究突破
位於芬蘭的量子計算初創IQM，宣布在研究量子研究出現突破。以石墨烯作為輻射熱計，媲美最先進的量子電腦讀取器，有助發展商用量子電腦，IQM有關研究發表在《自然》期刊上。
Aalto University與芬蘭研究機構VTT量子技術聯合教授Mikko Mttnen領導的研究小組，設計了快速而靈敏度高的納米輻射熱計（Bolometer），可偵測微弱微波輻射，採用了石墨烯作為材料。
上述的輻射熱計靈敏度之高，足以偵察到微波的光子。納米輻射熱計偵測到的輻射微弱程度，室溫下用微波爐加熱一杯咖啡攝氏1度所耗用能量，已是其可偵測到輻射50 septillion（秭）。即是5之後有25個零。輻射熱計速度也比上一代高出過百倍。
石墨烯變化萬端
Mttnen為Aalto University與VTT的量子技術聯合教授，並且是IQM的聯合創始人。Mttnen說：「裝置體積非常細小，甚至可以放入細菌裏面。」
輻射熱計比從前更準確和快速測量光子能量，對開發量子電腦至為重要。測量qubits（量子位元）能量，也是量子算法不可或缺的一部分。裝置體積極小，就可以整合到超導量子處理器。輻射熱計可用於讀取量子電腦記憶體，或者量子雷達的訊息。
Roope Kokkoniemi是剛加入IQM的科學碩士，今次《自然》期刊上文章的第一作者。Kokkoniemi說 ：「我們開始以金鈀製作的輻射熱計，作為概念驗證；結果雖然成功，但同時想到石墨烯替代。最終製作更出色感應器，既高速運作，讀取超導量子位元狀態，也非常實用。」 上述研究是Pertti Hakonen教授在Aalto University的NANO小組，VTT和新加坡國立大學共同成果。
加速IQM發展
IQM偵測器技術以相對小巧尺寸，替代傳統讀取器及擴大未來量子處理器規模，非常有用。IQM聯合創始人兼研究參與者Kuan Yen Tan博士說：「這是量子技術的里程碑。新輻射熱計肯定符合未來要求。」。
IQM短時間內成為歐洲領先量子電腦公司，正銷售首批商用量子電腦，IQM與學術界聯繫緊密，員工都具備研究背景，團隊共發表640多篇論文，引用量超過27,000次。
石墨烯作為現實量子電腦的物料，近年屢見突破。2018年，美國麻省理工研究團隊發現，石墨烯作為絕緣體，堆疊的雙層石墨烯中，電學行為對原子排列非常敏感，影響層間電子的移動。兩層石墨烯片相疊旋轉1.1度，特定溫度下額外添加電子，石墨烯突變成超導體。研究發現令團隊的中國年輕科學家曹原，登上2018年Nature的10大科學家之首，也是期刊149年以來最年輕的入榜學者。
以往超導研究一直以銅氧化物的高溫超導，但高溫並不等於室溫約300K，高溫是超過了液化氮的77K（-196攝氏）。
1987年，朱經武和吳茂昆發現的銅氧化物，超導臨界溫度推至90K以上，全球進入了高溫超導年代，目前超導最高溫約達138K（-135攝氏）。問題在於科學界對銅氧化物，何以下跌至臨界溫度，從絕緣突變為超導的原理，迄今毫無頭緒。
曹原發現的石墨烯超導轉變是1.7K（-271攝氏），不屬於高溫超導，實用價值不大，卻令銅氧化物研究再現生機。科學界稱其相疊旋轉1.1度為「魔法角度」（Magic angle），開啟了新的研究領域，稱為「扭曲電子學」（Twistronics）。
Nature十大科學家之首
最近曹原的團隊，再以扭曲電子學創造石墨烯性能，今次再是兩層，而是四層。四層石墨烯與兩層相比，「魔角」結構對某些電場和磁場更敏感。另一方面，加大柏克萊分校王楓和復旦大學張遠波研究人員，通過將三層石墨烯交錯疊加，開發了同時實現三種迥異電磁性質的新器件，包括絕緣、超導和鐵磁性；具有奇特性質的石墨烯，有望加快量子計算發展，有關研究已發表《自然》期刊上。
