分子束外延革新量子材料制备，高精度3D打印技术展现颠覆性潜力

芝加哥大学的研究人员近期开发出一种创新的纳米制造方法，有望大幅扩展量子网络的覆盖范围，使量子互联网的构建更接近现实。这项研究由助理教授Tian Zhong及其团队在《自然-通讯》期刊上发表，并已获得斯特奇奖的认可。

量子计算机之间的长距离互联一直面临重大挑战，此前通过光纤连接的最远距离仅为数公里。Zhong团队通过提升单个铒原子的量子相干时间，从原来的0.1毫秒显著延长至10毫秒以上，甚至在一次实验中达到24毫秒。

理论上，这一突破可将量子通信的最远距离延伸至2000公里，甚至有望实现4000公里的超远连接。

此项技术的核心在于制造工艺的创新。研究团队采用分子束外延（MBE）技术替代传统的切克劳斯基法，制备用于量子纠缠的稀土掺杂晶体。MBE技术本质上是一种高精度的增材制造工艺，通过逐层喷涂薄层材料来构建晶体结构，其原理与3D打印高度契合。

Zhong解释说：“我们从零开始逐原子组装设备，材料的超高纯度和质量使原子呈现出卓越的量子相干特性。”尽管MBE是已知技术，但这是其首次被应用于此类稀土掺杂材料的制备。

研究人员与材料合成专家Shuolong Yang副教授合作，成功实现了MBE技术的适应性改造。未参与该研究的光子科学研究所教授Hugues de Riedmatten评价称，这种自下而上的可控纳米制造方法为可扩展量子比特生产提供了重要突破。

目前，Zhong团队正着手验证增强的相干时间是否能实际实现量子计算机的长距离互联。他们计划在实验室内通过千米级卷绕光缆连接两个量子比特，构建局部网络以模拟未来长距离量子通信场景。

这项研究不仅推动了量子互联网的发展，也为3D打印和增材制造技术在高端科技领域的应用揭示了新的方向，包括高纯度材料合成、纳米级精度制造设备以及量子器件的定制化生产。