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rlafite木蟲 (正式寫手)
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在硅中發(fā)現(xiàn)一種穩(wěn)健的新型電信量子比特
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在硅中發(fā)現(xiàn)一種穩(wěn)健的新型電信量子比特 在硅中發(fā)現(xiàn)一種穩(wěn)健的新型電信量子比特 量子技術(shù)有望通過利用物質(zhì)在原子尺度上的異常行為，徹底改變計(jì)算、通信和傳感領(lǐng)域。要將量子技術(shù)的潛力轉(zhuǎn)化為實(shí)用器件，需要既具有理想量子特性又易于制造的物理體系。作為當(dāng)今計(jì)算機(jī)芯片核心材料的硅是一種極具吸引力的平臺(tái)，因?yàn)樗軌蚶靡呀?jīng)建立起來的萬億美元級(jí)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。因此，在硅中尋找量子構(gòu)建單元——量子比特（qubits）——成為一個(gè)重要的前沿研究方向。 在一項(xiàng)新的研究中，來自加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校材料學(xué)教授 Chris Van de Walle 計(jì)算材料研究組的研究人員在硅中發(fā)現(xiàn)了一種穩(wěn)健的新型量子比特，稱為 CN 中心（CN center）。相關(guān)成果發(fā)表在《Physical Review B》期刊上。 量子比特可以基于晶體中的原子尺度缺陷構(gòu)建。一個(gè)典型的例子是 NV 中心（NV center），它由金剛石晶體中一個(gè)氮（N）原子與相鄰的一個(gè)空位（V，即缺失的碳原子）組成。這些缺陷既能與電子相互作用，也能與光相互作用，使其能夠發(fā)射單光子（光量子），從而用于傳輸量子信息或在量子網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行處理。 近期研究集中在一種硅中的缺陷——T 中心（T center），該缺陷能夠在較長時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)量子信息，其性能可與 NV 中心相媲美。此外，它還能在電信波段發(fā)光——即能夠在光纖中低損耗傳輸?shù)牟ㄩL范圍。T 中心由碳和氫原子組成，而氫的存在使其結(jié)構(gòu)較為脆弱并對(duì)制備條件十分敏感。氫原子在晶體中容易遷移，并且在加工過程中難以控制，這使得實(shí)現(xiàn)可重復(fù)且可靠的器件制造更加困難。 在這項(xiàng)新研究中，研究人員提出了一種有前景的替代方案：CN 中心，其由碳和氮原子組成。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、Van de Walle 研究組的博士后 Kevin Nangoi 表示：“與 T 中心不同，這種缺陷不含氫，因此更加穩(wěn)健，也更容易在實(shí)際器件中實(shí)現(xiàn)�！� 研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的第一性原理計(jì)算機(jī)模擬，在原子尺度上對(duì)該缺陷進(jìn)行了建模。由于這種模擬能夠預(yù)測(cè)尚未在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的新體系的材料性質(zhì)，因此可以為未來新型器件的設(shè)計(jì)和制造提供指導(dǎo)。 參與該項(xiàng)目的研究人員、Van de Walle 研究組校友、現(xiàn)任美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室博士后的 Mark Turiansky 表示：“我們的結(jié)果表明，CN 中心再現(xiàn)了使 T 中心適用于量子應(yīng)用的關(guān)鍵電子和光學(xué)特性；尤其是，該缺陷在結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定，并能夠在電信波段發(fā)光。” 在硅中發(fā)現(xiàn)一種不含氫、可在電信波長范圍發(fā)射量子光的缺陷，是連接量子科學(xué)與可規(guī)模化技術(shù)之間鴻溝的重要一步。 展望未來，Van de Walle 指出：“如果能夠得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，CN 中心有望成為量子器件的一種實(shí)用新型構(gòu)建單元，從而在繼續(xù)使用驅(qū)動(dòng)當(dāng)今電子技術(shù)發(fā)展的硅材料的同時(shí)，加速先進(jìn)量子技術(shù)的發(fā)展。” Publication details J. K. Nangoi et al, Carbon-nitrogen complex as an alternative to the T center in Si, Physical Review B (2026). DOI: 10.1103/zy5b-fskh. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2511.00754 |
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