利用二維材料，研究人員已經建立了超導量子比特，其大小隻有以前量子比特的一小部分，為更小的量子計算機鋪平了道路。為了使量子計算機在速度和容量上超過它們的經典同行，它們的量子比特，也就是可以存在於二進制狀態的無限組合中的超導電路需要在同一波長上。
然而，實現這一目標是以尺寸為代價的。經典計算機中使用的晶體管已經縮小到了納米級，而現在的超導量子比特仍然是以毫米為單位，一毫米就是一百萬納米，導致量子計算設備還遠遠不是我們可以放在背包里或戴在手腕上的設備。
為了縮小量子比特的體積，同時保持其性能，量子計算領域需要一種新的方法來建造電容器，以儲存為量子比特”供電”的能量。與雷神BBN技術公司合作，Wang Fangzhen教授在哥倫比亞工程公司的實驗室最近展示了一種用二維材料建造的超導量子比特電容器，使其尺寸僅為以前電容器的一小部分。
以前為了構建量子比特芯片，工程師們不得不使用平面電容器，它將必要的帶電板並排設置。堆疊這些板塊可以節省空間，但傳統的平行電容器中使用的金屬會幹擾量子比特的信息存儲。在11月18日發表在《納米通訊》（NanoLetters）上的當前工作中，霍恩的博士生阿比南丹·安東尼（Abhinandan Antony）和安賈里·拉金德拉（Anjaly Rajendra）在兩個超導二硒化鈮的帶電板之間夾了一層氮化硼的絕緣層。這些層各自只有一個原子的厚度，並通過范德華力（電子之間的弱相互作用）固定在一起。然後，該團隊將他們的電容器與鋁電路結合起來，創造出一個包含兩個量子比特的芯片，其面積為109平方微米，厚度僅為35納米–這比用傳統方法生產的芯片小1000倍。
當他們把他們的量子比特芯片冷卻到略高於絕對零度時，這些量子比特被發現擁有相同的波長。研究小組還觀察到了一些關鍵特徵，這些特徵表明這兩個量子比特正變得糾纏在一起，並作為一個單一的單元行事，這種現象被稱為量子相干，這將意味着量子比特的量子狀態可以通過電脈衝進行操縱和讀出，相干時間很短–略多於1微秒，而傳統建造的共面電容大約為10微秒，但這只是探索在該領域使用二維材料的第一步。
該團隊的超導量子比特芯片的光學顯微照片，比用傳統製造技術製造的其他芯片小1000倍。
麻省理工學院的研究人員去年8月在arXiv上發表的另一項工作也利用二硒化鈮和氮化硼的優勢，為量子比特建立了平行板電容器。麻省理工學院團隊研究的設備顯示出更長的相干時間：高達25微秒，這表明仍有進一步提高性能的空間。從這裡開始，霍恩和他的團隊將繼續完善他們的製造技術，並測試其他類型的二維材料以增加相干時間，這反映了量子比特存儲信息的時間。新的設備設計應該能夠將設備進一步縮小，通過將這些元素組合成一個單一的范德華堆棧，或者通過為電路的其他部分部署2D材料。
二維材料可能是實現量子計算機的關鍵，這項技術仍然處於非常早期，但是像這樣的發現將刺激全世界的研究人員考慮二維材料的新應用。