芝加哥大学普利兹克分子工程学院助理教授杨硕龙正致力于在凝聚态物理学和量子科学的交叉领域开拓新领域，设计新型材料，为未来的计算机提供动力。在追求这一目标的过程中，杨硕龙取得了数据存储和设备制造领域的突破。当涉及到构建强大的量子设备时，通往目标的路径可能与目的地一样有价值。

芝加哥大学分子工程学院杨实验室成员。（照片由John Zich拍摄）

芝加哥大学普利兹克分子工程学院杨实验室研究的核心目标是构建拓扑量子比特，一种基于拓扑物理学原理的特殊量子比特。与容易受到噪声和错误影响的传统量子比特不同，提出的拓扑量子比特可能具有极高的稳定性——主要是因为它们将数据编码在物质的集体状态中，而不是单个粒子中。然而，将这一理论转化为现实是一项的挑战。

为了实现拓扑量子比特，杨和他的团队创造并测试了新材料，使用分子束外延和角分辨光电子能谱等尖端技术，探究这些材料的量子特性。

在研究过程中，该实验室发现了如何利用光来控制某些材料的磁性，有望催生新的光学存储器技术，实现快速、高效的数据存储。杨硕龙还发明了一种名为“量子听诊器”的革命性实验装置，通过“聆听”电子的固有波动，研究人员能够可视化电子的波函数。此外，杨开发了一种全新的量子计算机工程方法，通过将纳米级超导体墨水印刷到材料上，取代传统的蚀刻工艺。2023年，他获得了美国国家科学基金会 (NSF) 的资助，继续优化这一可能颠覆整个纳米技术领域的技术。

“典型的蚀刻晶圆来制造设备的过程产量很低且不干净，”杨解释道。“我们开发了一种纳米级印刷技术，有望带来革命性改变。我不仅希望深入地理解这些量子现象，还期望利用它们设计出有用的东西。”

最近，杨与其他两个芝加哥大学团队合作，从戈登和贝蒂·摩尔基金会获得了150万美元的资助，以设计新型超导体。与杨的拓扑量子比特工作一样，这项新的研究涉及设计和测试新材料的迭代过程，探究其是否具备超导性。

目前，大多数超导材料都是通过改变现有材料的化学成分制成，且仅在极低的温度下工作，杨的新方法则另辟蹊径，向材料中添加纳米级反射腔。腔体反射并增强光线以触发超导性——这一过程应该可以在更高的温度下工作。

“凝聚态物理学和量子工程之间的界限正逐渐模糊，”他表示：“我们需要融合这两个领域的知识，以创造出更好、更新的技术。”