宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的研究小组发现，对经典材料进行创新改进，能够显著推动量子计算发展，并助力现代数据中心实现更高效节能。研究共同主要作者戈帕兰指出，新形成的材料在低温环境下，将信号电子转化为信号光子的速度提升了十倍以上，这一特性对于基于超导电路的量子技术而言至关重要。

低温操作是超导量子技术不可或缺的条件，然而，远距离量子计算机间的信息传递需依赖光信号。传统室温光纤可实现这一目标，构建真正的量子网络。高效电光换能器在数据中心的应用前景广阔，尤其支持从人工智能到在线服务等多种应用。数据中心能耗巨大，其中冷却系统耗能占比高，而光纤链路通过光子传输信息，避免了电子传输产生的热量，显著提高了能源效率。

研究共同主要作者、宾夕法尼亚州立大学研究生助理艾登·罗斯表示：“对于处理和传输大量数据的大型数据中心而言，集成光子技术越来越具吸引力，特别是随着人工智能工具的加速应用。”该团队通过创新方法，将钛酸钡制成极薄薄膜，并迫使其原子进入新的位置，形成亚稳态结构。这种结构不仅避免了低温下电光性能的下降，还展现出了非凡的响应能力。

材料科学与工程博士候选人阿尔伯特·苏恰瓦进一步解释，亚稳态是指一种非自然最低能量状态的晶体结构，它之所以存在，是因为研究人员对材料进行了特殊处理。这种处理使得材料能够接受新的结构，至少在受到干扰之前保持稳定。这一发现不仅为数据中心节能提供了新思路，还解决了量子计算中远距离信息传输的难题。目前，微波信号在远距离传输中衰减迅速，而光信号则更适合长距离传输。

该研究的另一位共同主要作者Sankalpa Hazra表示，应变钛酸钡薄膜方法具有普适性，可应用于多种材料。团队希望将研究范围扩展到钛酸钡之外，探索更多材料的潜力。戈帕兰表示：“现在我们对这种设计策略有了更深入的理解，也希望将同样的方法应用于一些研究较少的材料体系。”

更多信息： Albert Suceava 等人，通过应变 BaTiO 3薄膜 中的亚稳态实现巨大的低温电光响应， 《先进材料》(2025 年)。期刊信息： 先进材料