前瞻技術脈動：光子與量子技術（202507）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2025年3月26日

圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202507）

甜甜圈形狀的雷射光環可用於傳輸影像
雷射脈衝可以扭轉成甜甜圈狀的漩渦，增強光的資訊傳輸能力。這些漩渦類似於空氣和水中的漩渦，可以在光束中形成渦環，其中光子像煙圈中的粒子一樣旋轉。中國科學院的研究團隊開發了一種方法，透過調整光的強度和相位，將多達28個渦環打包到一個雷射脈衝中。這種「時空渦串」能有效地傳輸大量數據。這一突破為結構化光的應用提供了新的可能性，並提升了訊息承載能力。該研究發表在Science Advances期刊上。
參考資料：Doughnut-shaped swirls of laser light can be used to transmit images. New Scientist. 2024/05/10.

科學家發現獨特的一維超導狀態
學術界一致認為非傳統超導配對與磁性密切關聯，在銅氧化物和鐵基高溫超導體中尤為明顯，磁性波動在它們的起源中起著至關重要的作用，導致具有獨特空間調變(spatial modulation)的超導態，而包含磁性結構單元的超導氧化物異質結構(superconducting oxide heterostructure)則提供了探索這些現象的理想平臺。

由中國科學技術大學研究團隊發表於《Nature Physics》期刊的研究成果指出，該團隊在EuO/KTO(110)介面發現了一維超導條紋(superconducting stripe)，其成因為鐵磁鄰近效應(ferromagnetic proximity effect)。透過精細調整介面處的二維電子氣體的載子濃度(carrier concentration)，研究團隊發現了低載子濃度樣本中超導性的水平異向性(in-plane anisotropy)，顯示一維超導條的存在。該觀察結果，加上異常霍爾效應(anomalous Hall effect)及磁滯現象(magnetoresistance hysteresis)行為，證實了超導性與磁性間的耦合效應(coupling effect)，導致了在EuO/KTO(110)異質結(heterojunction)處形成一維超導條紋。研究成果不僅推進了我們對超導性和磁性間複雜交互作用的理解，還突顯了超導氧化物異質結的獨特性質。
參考資料：Scientists Uncover Unique New 1D Superconducting State. SciTechDaily. 2024/05/16.

解開量子密碼：國際團隊攻克了一個長期存在的物理問題
由University of Bonn和Michigan State University研究團隊發表於《Nature》期刊的研究成果指出，該團隊開發了一種名為波函數配對(wavefunction matching)的新方法，以解決蒙地卡羅模擬(Monte Carlo simulation)中的符號振盪(sign oscillation)問題，顯著推進了量子多體物理學(quantum many-body physics)。透過準確計算核性質如質量和半徑，這項技術在包括量子計算在內的各種應用中具有潛力。該方法有效地簡化了複雜的交互作用，為先前受計算問題阻礙的精確全始計算(ab initio calculation)鋪平了道路。該突破有望革新核物理學和量子化學等領域的模擬。該研究是由U.S. Department of Energy、German Research Foundation和National Natural Science Foundation of China等機構資助。
參考資料：Unlocking the Quantum Code: International Team Cracks a Long-Standing Physics Problem. SciTechDaily. 2024/05/21.

革命性奈米弦的振動時間比任何固態材料都長
高縱橫比機械共振器(high-aspect-ratio mechanical resonator)在精密感測中至關重要，但製造上的挑戰和高計算成本限制了這些設備的長厚比，導致相關奈米工程中仍有很多尚未探索的範圍。

由Delft University of Technology和Brown University研究團隊發表於《Nature Communications》期刊的研究成果指出，該團隊開發出革命性的氮化矽(silicon nitride)、奈米弦(nanostring)，這些奈米弦的振動時間比任何其他固態材料都長。當這些奈米弦懸浮在微晶片上時，它們能在環境溫度下每秒振動100,000次，且能量損失極少。該創新可使宏觀量子現象在室溫下被觀察到，並在量子感測、次世代麥克風、導航用的先進加速計(accelerometer)和精密感測設備中具有應用潛力。此外，奈米弦還可能幫助暗物質、熵(entropy)和時間的研究的進行，以及理解卡西米爾效應(Casimir effect)。(1152字)
參考資料：Game-changing nanostrings vibrate longer than any solid-state material. New Atlas. 2024/05/22.

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