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■姚望提出，利用新物料探討電子自旋物理現象成為傳遞信息新載體。彭子文 攝（背景經美術加工）
量子訊息料可被人為調控 姚望獲500萬資助續創新
香港文匯報訊（記者 馮晉研）量子電腦（Quantum Computer）被視為資訊處理革命，甚至是神話，相比現有的超級電腦，其運算速度高出數億萬倍計，有能力於極短時間內破解當今所有密碼及國防保密系統。不過，甚麼物料才能製成有效的量子電腦器件，以及如何好好控制量子訊息，一直是科學家尚未克服的重大障礙。香港大學物理學系助理教授姚望提出創新理論，預言包括石墨烯在內的新興二維材料中，涉及電子「能谷贋自旋（valley pseudo-spin）」等各種量子物理特性，讓量子訊息變得可被人為調控，有望成為未來研發量子電腦器件的突破關鍵。他亦因此成為裘槎基金會新設立的「前瞻科研大獎」首批得主，獲資助500萬元繼續創新嘗試。
理論層面上，電腦資訊基本上透過「0」及「1」兩種訊號，以複雜排列及運算處理。姚望介紹指，現實中所有訊息必須有物理載體，傳統上分別以半導體材料中的「無」及「有」電子電荷作為「0」及「1」表徵，亦是現今電腦發展根本。
耗散問題將令電子運算陷瓶頸
過去數十年間，隨着半導體技術急速發展，能更密集處理電子電荷流動，令電腦運算能力以幾何級數提高。但同時，電子元件尺寸越來越細，甚至達到納米單位量子微觀尺度，傳統物理理論開始不再適用，耗散性（散熱和能耗）問題也越來越嚴重。科學家預計，有關技術10年內將到極限，電子運算發展遇上瓶頸。
探討物質量子態取代電荷
從事量子物理理論研究多年的姚望，一直探討以物質的量子態取代電荷，作為新訊息載體，那正是量子電腦硬件關鍵。他提出利用新興的二維新材料，例如只有1個原子厚度的石墨烯（Graphene）及3個原子厚度的過渡金屬二硫化物，當中「能谷贗自旋」和「層贗自旋（layer pseudo-spin）」均具備處理「0」及「1」兩種訊號的潛力。前者以電子位於不同的能谷傳遞；後者則以位於不同的原子層表徵「0」及「1」訊息。
理論獲國際實驗團隊證實
對於「能谷贗自旋」，以往科學家都因無法調控其自由度而普遍認為那不適合用作處理訊息，但姚望創出新理論，利用電子自旋特性，加上在石墨烯等二維新材料中能夠剔除當中的不穩定性，預言其成為新量子訊息載體可行性。有關理論獲得多個國際實驗團隊證實，具重要影響力，有望成為發展新型量子電腦器件關鍵。
不過，姚望坦言，要真正做到能以極速運算、攻破任何密碼的量子電腦，目標非常長遠，而且需要不同領域研究配合，預料至少10年才可能出現革命性突破。
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