量子计算作为未来科技的核心领域之一，一直以来都是全球科研的焦点。目前正在开发的一类量子计算机依赖于成对的光粒子或光子，这些光粒子相互连接，即 “纠缠”。然而，现有的产生纠缠光子对的方法体积较大，无法集成到计算机芯片中。

新加坡南洋理工大学的科学家们开发出一项新技术，为量子计算带来了新的突破。他们使用厚度仅 1.2 微米的超薄二氯化铌氧化物（NbOCl2）薄片来产生量子计算所需的纠缠光子对。这种方法有望将关键组件的尺寸缩小至原来的千分之一，代表着范德华力堆叠技术应用的新方向。

这一突破不仅可能对量子计算产生影响，还可能对安全通信和其他量子技术产生深远影响。如果将量子元件缩小至目前的千分之一，有望带来更加紧凑、可扩展且节能的量子系统。

目前量子计算机的开发竞争激烈，不同技术路线各有特点与进展。超导量子计算机领域，全球公认的领军者是 IBM 和谷歌，他们在技术成熟度尤其是量子操控精度上达到了极高水平。离子阱量子计算机方面，Quantinuum 和 IonQ 等公司处于领先地位，离子阱技术具有较长的相干时间、量子比特品质高、制备和读出效率较高等优点，且可在室温条件下工作。中国在光量子计算机领域处于第一梯队，以 “本源悟空” 为代表的量子计算机展现出强大的计算能力。此外，信息分析公司 VALUENEX 的统计显示，中国本源量子公司在量子计算机团体公开专利数上超越美国 IBM 位居首位，按国家划分，中国累计拥有 3217 项专利，超过了拥有 2740 项专利的美国。

量子计算机面临着诸多挑战。首先，不同技术路线各有难点。光量子计算机中，光子之间相互作用较弱，难以进行有效的量子门操作，光子生成率和操控难度大，且在量子纠错上远不如超导和离子阱量子比特成熟。超导和离子阱量子比特依赖极低温度工作，冷却装置庞大，限制了其便携性和大规模应用。其次，量子比特的操作容易受到外界干扰，导致量子计算机中的量子比特产生错误，目前量子计算机的错误率仍然很高，需要更好的量子纠缠和量子纠错技术来解决。量子计算机的规模还比较小，能够稳定操作的量子比特数量有限，要实现大规模的量子计算，需要解决量子比特数量的扩展问题。量子比特的量子态往往很难保持很长时间，容易受到环境的干扰而失去相干性，需要提高量子比特的相干时间，以便进行更复杂的量子操作。目前量子门操作的速度相对较慢，限制了量子计算机的运行速度，需要寻找更快速的量子门操作方法，以提高量子计算机的运算效率。量子计算机中的错误校正是一个非常困难的问题，需要研究更有效的量子错误校正方法，以保证量子计算的可靠性。量子计算技术的潜在应用越来越多，但目前商业化进程仍然面临着诸多挑战，包括量子计算系统的成本、稳定性、易用性等问题。同时，量子计算的发展可能会对传统加密算法造成威胁，因为量子计算可以很容易地破解当前的公钥加密系统，这可能会对网络安全造成重大影响，需要及早做好应对准备。

新加坡南洋理工大学高伟波教授团队在量子计算领域取得了重大突破。他们开发出全新方法，使用两片超薄的二氯化氧化铌并将其晶粒垂直堆叠，成功将量子计算机关键部件体积缩小 1000 倍。

该团队由高伟波教授、柳晓丹博士、刘正教授和博士生 Leevi Kallioniemi 等人组成。他们的发现为量子光学纠缠源的小型化铺平了道路，对量子信息和光子量子计算的应用至关重要。

这一成果已发表在《自然・光子学》杂志上，引起了全球量子计算领域的广泛关注。芬兰阿尔托大学的孙志培教授虽未参与南洋理工大学的研究，但他认为研究团队产生量子纠缠光子的方法是一项重大进步，有可能实现量子技术的微型化和集成化。

高伟波教授团队的方法原理基于材料的特殊性质和巧妙的设计。他们使用的二氯化氧化铌材料厚度仅为 1.2 微米，产生的光子对传播距离极短。

在这种情况下，光子对能产生纠缠并保持同步，且不需要额外光学设备来保持纠缠状态。这是因为所使用的薄片比早期研究中的大块晶体薄得多，产生的光子对在二氯化氧化铌薄片中移动的距离较小，所以光粒子之间能够保持同步。

范德华力工程是该研究成功的关键之一。通过将两片超薄 NbOCl2 以垂直角度堆叠，实现了偏振纠缠，这是量子计算的一项基本要求。研究团队生成了具有高度量子相干性的光子对，测量了偏振纠缠态的保真度为 86%，表明范德华力工程方法可能是创建量子纠缠态，将量子光子器件直接集成到芯片中的可靠途径。

科学家们发现的将量子计算机组件缩小 1000 倍的方法具有多方面显著优势。首先，这种方法使量子计算变得更加紧凑，相比传统量子计算机，其所需设备更少，极大地节省了空间资源，为量子光学纠缠源的小型化铺平道路。通过使用厚度仅 1.2 微米的超薄二氯化铌氧化物薄片，成功将关键组件的尺寸缩小至原来的千分之一，有望将量子技术直接集成到基于芯片的平台中，这意味着量子计算机的制造和应用将更加便捷高效。

这一方法在量子互联网或分布式量子计算领域具有极大潜力。随着技术的不断发展，量子计算和安全通信的需求日益增长，而该方法有望推动这两个领域的发展。通过缩小量子计算机组件，能够带来更加紧凑、可扩展且节能的量子系统。

一方面，更加紧凑的量子系统可以降低设备的体积和重量，提高设备的便携性，使其能够更广泛地应用于不同场景，如在航空航天、军事等领域，为复杂计算和数据处理提供强大支持。同时，可扩展的特性使得量子计算机能够根据不同的需求进行灵活扩展，满足日益增长的计算和通信需求。在量子互联网中，这种小型化的量子系统可以实现更高效的信息传输和处理，为全球范围内的信息交流和共享提供新的解决方案。

另一方面，节能的量子系统对于可持续发展具有重要意义。在能源资源日益紧张的今天，降低能源消耗是科技发展的重要方向之一。这种小型化的量子系统能够在保证高性能计算和通信的同时，减少能源消耗，为绿色科技的发展做出贡献。