【物理系提供】國立中山大學物理系助理教授邱奎霖為教育部高教深耕「量子運算」潛力研究群的主持人，其團隊長期關注量子材料於量子計算元件的應用。今年三月以中山大學為第一單位，與量子國家隊研究群中研院物理所及清華大學物理系合作，於知名Q1物理期刊《PHYSICAL REVIEW APPLIED》發表石墨烯超導量子電路與3D共振腔結合的研究成果：石墨烯超導量子電路與3D共振腔的整合（Integration of graphene-based superconducting quantum circuits in a three-dimensional cavity）。這項研究除了第一次於磁場調控的共振腔頻譜上看到了S-N-S約瑟夫森結獨有的夫朗和斐圖案（Fraunhofer pattern），更將約瑟夫森結之對稱性與3D共振腔微波測量成功對應，顯示約瑟夫森結特性對量子位元的深刻影響。

「此系統更可進一步推展至拓樸材料約瑟夫森結，而提供同時用DC和微波探測拓樸量子現象，諸如馬約拉納零模（Majorana zero modes）等新奇物性的可能性。」研究團隊指出，該研究利用石墨烯做成3D量子電路元件，並利用其電容板既可作為天線做微波測量，也可作為打線的基板使得能測量約瑟夫森結直流電性的特性，將3D共振腔微波測量與元件的直流測量連結起來，以此比較其量子位元和約瑟夫森結直流電性的關聯性。

邱奎霖團隊的另一個研究則探討量子材料於超導量子位元的各項潛在應用，包含利用奈米線和石墨烯實現電閘控制的超導量子位元、用垂直和拓樸約瑟夫森結實現超導量子位元、用不同量子材料實現電容和電感而整合進量子電路等實驗進展。此成果於5月發表於英國物理學會（Institute of Physics，IOP Publishing）下的期刊《Materials for Quantum Technology》: Integrating quantum materials into superconducting qubits。

邱奎霖表示，量子運算為近年來除了AI外國際關注的重要議題，除了各科技巨頭如Google、IBM,、Microsoft及Amazon各自有其投注及發展的量子計算平台，NVIDIA執行長黃仁勳更於今年三月在矽谷招開GTC大會（GPU Technology Conference）時首次舉辦量子日（Quantum Day），並於6月稱現在是量子運算的轉戾點（inflection point）。

超導量子位元被視為最有可能實現量子電腦的平台之一，現為Google、IBM及Amazon的主要發展路線。現有的超導量子電腦是基於鋁材料的製程，製作諸如電容、電感、約瑟夫森結等關鍵基礎組成元件。近年來，由於許多量子材料新奇物性的開發，使得整合量子材料為超導量子元件形成一門受重視的學門。藉由材料的不同特性，有可能大大減少電容及電感等元件大小，使得量子晶片大幅縮小。此外，也可能利用材料製成特殊性質的約瑟夫森結，來探索其超導位元的性能，並用超導位元的微波測量技術來探測組成材料的物性。

研究團隊的兩項量子研究標示了此領域仍存在許多值得探討的研究課題，並顯示台灣在量子材料及量子計算整合的進展與潛力。中央研究院近日發表量子電腦晶片製程科學研發成果，不僅成功以8吋晶圓機台製作高品質超導量子位元，也揭牌國內首座量子晶片製程研發平台與量子計算測試平台。中山大學「量子運算」潛力研究群將與中研院量子電腦專題中心產生更緊密的合作，一起推動台灣量子科技的進展。

（公共事務組編修）