美国斯坦福大学研究人员开发出一款可在室温下工作的纳米级量子通信器件。该器件利用“扭曲光”连接光子自旋与电子自旋，在无需超低温冷却的条件下实现光子和电子纠缠，为量子通信组件小型化提供了新的实验路径。

这项研究面向量子通信中的低温依赖难题。现有不少量子系统需要接近绝对零度的环境来维持量子态，冷却设备体积大、成本高，也限制了量子器件进入更广泛的通信和计算设备。斯坦福团队采用二硒化钼薄层与纳米图案化硅基底构成器件，通过硅纳米结构精确操控光子，使光以类似螺旋的方式传播，并将这种自旋特性传递给电子。光子适合长距离传输信息，电子适合在芯片内部存储和处理信息;两者之间如果能建立稳定耦合，就有机会把量子信息从通信链路带入片上器件。

该器件使用的二硒化钼属于过渡金属硫族化合物材料，具备有利的光学和量子特性。研究团队通过硅纳米结构增强并限制扭曲光，使光子自旋与电子自旋之间形成更强连接，从而稳定可用于通信的量子态。对量子通信来说，纠缠态是否稳定、是否能在可制造器件中形成、是否能在室温下运行，都会影响后续系统设计。

“扭曲光”在这里不是普通光束造型，而是携带特定自旋信息的光场。纳米结构可以让光子按照特定方向旋转，并把这种旋转状态与材料中的电子自旋关联起来。量子比特的状态容易受到环境扰动影响，电子自旋如果快速丢失，信息就无法有效传递;斯坦福团队的器件通过材料和光场结构设计，让光子—电子耦合在室温条件下保持可用。该路线减少了对大型低温系统的依赖，也让未来量子通信芯片、量子传感器和片上光电子系统获得更紧凑的硬件可能。后续如果要进入网络级应用，还需要继续配套更好的光源、调制器、探测器、互连结构和系统封装。

研究团队仍在优化器件性能，并探索其他过渡金属硫族化合物和材料组合。室温运行只是走向实用化的一步，真正进入量子网络还要解决器件一致性、集成制造、信号读出、误差控制和系统级稳定性等问题。斯坦福团队把扭曲光、二维材料和硅纳米结构组合到同一器件中，为量子通信硬件提供了不同于传统低温路线的实验方案。