量子世界充滿不確定性，同時蘊藏無窮可能。作為本世紀最具顛覆性的創新浪潮，量子科技正重塑全球科技版圖，其影響不僅限於信息科技，更已輻射至材料科學、宇宙探測、電子工程、人工智能乃至生命科學等領域，勾勒出一幅跨學科融合創新的宏闊圖景。在這蓬勃發展的量子前沿舞台上，香港的科研力量同樣展現出璀璨多元的面貌。香港科技大學物理系講座教授羅錦團，正統籌香港研資局歷來最大型的量子研究「拓撲和強關聯量子材料」項目，期望透過尋找可靈活操控的「準粒子（quasiparticles）」，於能抵抗環境干擾的情況下有效儲存量子信息，藉以成為超高速量子電腦的關鍵材料，讓香港於量子計算的新紀元亦能佔一席位。
●香港文匯報記者 陸雅楠
羅錦團統籌的拓撲量子材料研究，結合港科大、香港大學及香港中文大學科學家參與，獲研資局2025/26年度「卓越學科領域計劃（AoE）」批出逾6,500萬元資助，為迄今最大型的同類研究。該項目聚焦於具顛覆性潛力的新型量子材料，致力推動電子、磁學、光學及量子資訊器件的前沿發展，並從理論層面預測各類材料中電子的獨特性質。研究團隊亦於本港實驗室合成這些材料，進一步表徵其特性、製造納米級器件，並在接近絕對零度的環境中測量其獨特性質，成果預期將引領新型功能電子器件開發，並可能推動本地技術突破。
組跨校團隊 理論到器件完整攻關
羅錦團向香港文匯報介紹，該研究重點在於量子材料，包括理解超導體及各類材料的特性、如何以電流調控磁性，以及探索超導體的奇異現象。他強調，材料的本質特性取決於內部電子行為，而量子材料研究的核心，正是通過電流控制材料的磁性特性。他比喻，電子在不同環境中的表現，猶如處於不同社交場景的孩童會有迥異反應；電子在量子材料中亦會因應環境改變行為，以適應各種應用場景。
觀測奇異準粒子 追尋分數電荷之謎
羅錦團舉例說，當電子被置於原子陣列中，即在材料結構內部時，其特性會產生顯著變化，「例如電子的有效質量可增至普通電子的1,000倍甚至更高。相反，通過特殊設計，電子亦可被調控至近乎『無質量』狀態，如同石墨烯中的電子。」此外，電子之間因帶相同電荷而互相排斥，「但在量子材料中，可調控其相互作用力。當電子的質量與相互作用皆可被調控時，將產生諸多新的可能性，例如將材料轉變為絕緣體、超導體，甚至全新的量子態。」
在自然界中，所有已知獨立粒子的電荷量皆為基本電荷的整數倍；然而當電子置於量子材料內，不僅可調控其質量，更可能產生帶分數電荷的奇異穩定狀態，此即「準粒子」。羅錦團指，「準粒子」的物理特性極具趣味，會以特殊方式在材料中排列，部分區域呈現正分數電荷，部分則為負分數電荷。它們具有明確能量與動量，可彼此相互作用，且在物理行為上確實如同真實粒子，雖非基本粒子，卻能在材料中如單獨粒子般穩定存在，成為量子材料物理研究的重要課題。
羅錦團進一步解釋，分數電荷並非指電子實際被「分割」，而是電子在材料中集體排列的結果。「可將電子想像為人群，有時聚集密集，有時分布稀疏。在密集區域會顯現較多負電荷，而在稀疏區域則相當於顯現正電荷。」他又以「人浪」作比喻解釋：體育館中每位觀眾如同基本粒子，當人群協同步伐形成人浪時，宏觀上看的波峰會如同移動的粒子；這些特殊集體系統中，電子間相互作用與材料結構自發形成某種「規律」，便是「準粒子」的真面目。
在應用方面，羅錦團表示，用於量子計算的量子位元（qubit），可同時處於0與1的疊加態，賦予其相較現有超級電腦幾何級數增長的超強運算潛力，但其量子態卻是極為脆弱，成為量子信息儲存的最大挑戰。他指出，「準粒子」的特別特性，有機會提供更穩定的狀態，讓其可成為能長時間儲存這些信息的量子系統，現時團隊的研究重點之一，是尋找能抵抗環境干擾並可靈活操控的「準粒子」，為量子電腦的發展奠基。
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