碳化硅自旋量子比特新工艺拉近了商用量子通讯的距离

量子计算机有望解决当今顶级超算都无法搞定的一些科学问题,而量子传感器或许能够测量当今最敏感的传感器都难以测量的信号。量子比特(qubits)是此类设备的最基础组成部分,而科学家们正在研究几种潜在适用于量子计算和传感应用的量子系统。

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(来自:NPJ Quantum Information

近年有许多针对半导体材料和自旋量子比特的系统研究,而芝加哥大学的最新研究,正好介绍了如何利用碳化硅(SiC)的铬缺陷,来打造高质量的自旋量子比特。

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研究配图 - 1:4H-SiC 中的铬缺陷结构、产生与光谱

这些自旋量子比特的一个优点,就是它们发出的光的波长与电信光纤兼容。遗憾的是,材料质量问题限制了这些自旋量子比特的生存能力。

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研究配图 - 2:空穴燃烧与恢复

其在 SiC 中制造铬缺陷的新方法,主要涉及将铬离子植入碳化硅中,然后将其加热到 1600 ℃ 以上。

这产生了一种具有更高量子比特质量的自旋缺陷材料,结果有助于利用现成的半导体和光纤技术来开展量子通信。

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研究配图 - 3:相干控制

在量子计算、通信、传感器投入实际应用之前,研究人员必须克服许多挑战。一方面,他们需要更好地理解各种类型的量子比特的基本限制。

与许多其它类型的量子比特相比,自旋量子比特的有趣之处,在于能够长时间存储信息。此外这些量子比特可在室温下运行,并可利用光学器件进行控制和读取。

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研究配图 - 4:控制率

光学接口对这项技术的发展至关重要,因其可利用现有的电信光纤来开展长距离量子信息的传输。

在这份研究中,通过将铬离子注入商用碳化硅衬底,然后在高温下退火,即可产生适用于自旋量子比特的单自旋缺陷。

随着研究人员继续寻找理想的量子比特,同样的方法也可用于制造钒或钼缺陷。

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