剛剛，物理學開始不講道理了！美國石墨烯凍住電子進入量子新大陸

你有沒有想過，未來的電腦會是什麼樣子？不是更快，而是根本性的不同。它不耗電，不算錯，一臺的算力，可能超越今天全世界所有計算機的總和。

麻省理工和佛羅里達州立大學助理教授Lu Zhengguang領導的團隊在頂刊《自然》發表論文，他們成功讓電流拐了個“量子幾何”的彎，發現了一種全新的物質狀態，爲終極計算——容錯量子計算機，打開了一扇前所未有的大門。

簡單說，他們用5層原子厚的石墨烯，造出了一條絕對零阻力的“量子高速公路”，而且，還不用“交”磁場這個“過路費”！

◆ 01 當物理學開始“不講道理”

你手裏有5個蘋果，分給9個人，怎麼分？

在我們的世界裏，這不可能。但在量子世界，一切皆有可能。

科學家們把五層石墨烯（就是那個獲得諾獎的神奇材料）和另一種叫六方氮化硼的材料，像做三明治一樣疊在一起，再稍微扭個角度。這個微小的“扭一扭”動作，創造出了一個名爲“莫爾超晶格”的奇幻陷阱，它能讓電子的行動變得極其緩慢，彷彿時間凝固。

就在這個陷阱裏，當溫度降到比外太空還冷的-273.11℃（約40 mK）時，詭異的事情發生了！

電子們不再是各自爲戰的“散兵遊勇”，而是抱團形成了一種奇異的“量子液體”。在這裏，5個電子錶現得就像它們共同擁有9個或11個單位的電荷。

這意味着物理學開始不講道理了！電子彷彿被分成了碎片，以一種集體舞的形式，沿着材料邊緣零損耗地奔跑，這就是著名的“分數量子反常霍爾效應”（FQAHE）。

◆ 02 發現量子世界新大陸

如果說發現“量子液體”已經足夠震撼，那接下來的一幕，直接讓科學家們瞪大了眼睛。

當團隊把溫度降得更低，電流調得更小，神奇的事情發生了——那條流淌的“量子液體”竟然被“凍”住了！它沒有變成普通的絕緣體，而是凝固成了一種全新的、更完美的拓撲物態——“擴展量子反常霍爾”（EQAH）態。

這不是曇花一現的量子煙火，而是進入了一片廣袤的量子新大陸！

這片“電子冰河”有三大逆天特性：

1. 絕對零阻力：電流在其中奔跑，暢通無阻，能量零消耗。這是所有芯片夢寐以求的終極特性。

2. 範圍超“擴展”：以往的量子效應都非常“挑剔”，只在某個精確的電子密度下出現。但EQAH態卻像一位隨和的大佬，在從0.5到1.3的超寬電子密度範圍內都能穩定存在。這意味着它更皮實，更有被實際應用的潛力。

3. 最關鍵的：零磁場！這是它最顛覆性的一點。在此之前，要實現類似的量子拓撲效應，幾乎都離不開一個強大到能扭曲時空的磁場。但問題是，未來量子計算機的另一個核心“王牌”——超導體，天生就怕磁場。

以前，量子世界的兩大高手——超導體和拓撲態，就像水火不容，一個要“絕對安靜”，一個要“電閃雷鳴”。如今在這片石墨烯江湖裏，它們終於能握手言和了！

◆ 03 攻克量子計算機“卡脖子”難題

說到這裏，你一定想知道這種逆天的特性究竟有什麼作用，和我們前面說的“容錯量子計算機”有什麼關係呢？

關係太大了！今天的量子計算機，雖然算得快，但極其脆弱，一點點環境的干擾就會讓計算結果“灰飛煙滅”，這個現象叫“退相干”。這正是量子計算從“能用”到“好用”最大的“卡脖子”難題。

而出路，就在於構建一種叫“拓撲量子比特”的東西。它把信息存儲在材料整體的“拓撲形態”上，就像給信息穿上了一層刀槍不入的“黃金聖衣”，天然免疫各種小干擾。

而這次發現的FQAHE和EQAH態，尤其是它們能在零磁場下與超導體共存的特性，恰好就是製造這種“黃金聖衣”的完美配方！它讓科學家們第一次看到了在一個芯片上，同時集成“拓撲保護”和“超導連接”的曙光。

如果說之前的量子計算是在“刀尖上跳舞”，那這項研究，就是直接給舞者造好了一座堅不可摧的舞臺。

當然，這項研究離成功還有很大距離。把實驗室的溫度從-273.11℃“回暖”到工業可用的範圍，以及將原子級的“三明治”手藝量產化，都是巨大的挑戰。

但這無關緊要。重要的是，一扇通往全新計算紀元的大門，已經被這羣頂尖的頭腦，用石墨烯和智慧，奮力推開了一條縫。

物理學開始不講理，可能纔會讓我們走進一個全新的世界。

參考文獻：

Lu, Z., Han, T., Yao, Y. et al. Extended quantum anomalous Hall states in graphene/hBN moiré superlattices. Nature 637, 1090–1095 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08470-1