前瞻技術脈動：光子與量子技術（202409）

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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2024年7月12日

圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202409）

人工智慧篩選液態儲氫材料的候選方案，從數十億個減少到約40個
如何安全運送和儲存氫燃料，是現存的技術難題之一，以工智慧和量子化學方法，篩選龐大的候選方案。隸屬於美國能源部的阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)，其研究團隊運用人工智慧和量子化學方法，從1600億個分子中篩選出了40種最有前景的液態儲氫材料。這些材料具有合適的熔點沸點，可在常溫常壓下保持液態；且有較高的能量密度，能儲存大量的氫氣，並擁有高度穩定性。現在這些材料正由實驗室進行進一步的測試，為永續能源解決方案開創了新的前景，相關研究成果已發表在《Digital Discovery》期刊上。
參考資料：AI helps whittle down candidates for hydrogen carriers in liquid form from billions to about 40. TechXplore, 2024/01/10.

量子漲落的「突然死亡」違背了當前的超導理論
研究人員對超導體（無電阻導電的材料）中如何發生量子相變特別感興趣。超導體可以加速資訊處理，並構成醫療保健和交通運輸中使用的強力磁鐵的基礎。普林斯頓大學物理學家在試驗可輕鬆轉變為超導體的三原子薄絕緣體時發現量子行為的突然變化。研究人員發現，量子力學波動的突然停止（或「死亡」）表現出一系列獨特的量子行為和性質，似乎超出既定理論範圍。在不升高溫度的情況下破壞二維超導性的問題是超導和相變領域的活躍研究領域。在接近絕對零度的溫度下，量子漲落引起量子躍遷。

研究人員首先將二碲化鎢(WTe2)轉化為二維材料，將材料逐漸剝離或剝離成單一原子薄層，發現該材料表現出許多新穎的量子行為，例如在絕緣相和超導相之間切換。而將二碲化鎢冷卻到極低的溫度，大約50 mK，然後向材料中引入一些額外的電子，將材料從絕緣體轉變為超導體，不需要太多的電壓就可以達到超導狀態。研究人員發現，可透過閘極電壓調整材料中的電子密度來精確控制超導特性。在臨界電子密度下，量子渦旋迅速增殖並破壞超導性，促使量子相變，經驗證為約瑟夫森效應的量子渦流。測量到這些量子漲落，還發現了一系列現象，如渦流的驚人穩健性，以及當電子密度調整到剛好低於超導態發生量子相變的臨界值時，渦旋訊號突然消失。在電子密度的臨界值（研究人員稱為量子臨界點(QCP)）處，它代表相圖中零溫度的點，量子漲落驅動相變。
參考資料：Sudden death' of quantum fluctuations defies current theories of superconductivity. phys.org, 2024/01/12.

哥倫比亞大學揭露量子奇跡：電子重量1000倍的材料
人們一直希望將重費米子材料進行維度縮減，以對其量子相進行控制。哥倫比亞大學研究團隊發表於《Nature》期刊的研究成果指出，該團隊透過合成首個二維重費米子(fermion)材料CeSiI，在量子材料科學領域取得了突破。該材料由鈰、矽和碘組成，其電子比通常重1000倍。與先前笨重的三維晶體不同，CeSiI是一種可剝離成原子薄層的凡得瓦晶體(van der Waals crystal)，為研究量子現象提供了新的可能性。研究成果使探索基礎物理和研究獨特量子相的可能性成為現實，例如超導現象。研究團隊計畫在CeSiI的二維極限下進行操作，以探索實現量子臨界性(quantum criticality)的新途徑，並引導新材料的設計。
參考資料：Columbia Unveils Quantum Marvel: Material With Electrons 1000x Heavier. SciTechDaily, 2024/01/17.

開創性的「暗」奈米粒子實驗將揭示宏觀量子世界的奧秘
當前量子實驗的挑戰包括需要快速進行實驗運行、最小化雷射使用以避免量子去相干，以及需要可迅速重複使用相同粒子進行實驗運行的能力。，將光學懸浮的奈米粒子冷卻到其基態，讓其在由靜電或磁力產生的非光學（即「暗」）勢場中演變。由Austrian Academy of Sciences和University of Innsbruck研究團隊發表於《Physical Review Letters》期刊的文章中提出一項實驗，將光學懸浮的奈米粒子冷卻到其基態，讓其在由靜電或磁力產生的非光學（即「暗」）勢場中演變。該實驗旨在使奈米尺度的玻璃珠在宏觀尺度上展現量子效應，並以迅速而可靠的方式生成宏觀量子疊加態。研究團隊指出，透過克服量子實驗中的實際挑戰，如最小化鐳射使用以避免量子去相干並確保可快速重複的實驗運行，研究團隊認為他們的提案符合當前發展，並滿足準備宏觀量子疊加態所需的必要條件。該研究是由European Research Council資助。（1484字；圖1）
參考資料：Groundbreaking “Dark” Nanoparticle Experiment Set To Unveil Mysteries of the Macroscopic Quantum World. SciTechDaily, 2024/01/31.

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