新的量子比特讓我們離量子網(wǎng)絡(luò)更近了一步

科學(xué)

量子計(jì)算機(jī)或許能夠解決當(dāng)今最快的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的科學(xué)問(wèn)題。量子傳感器可能能夠測(cè)量當(dāng)今最敏感的傳感器無(wú)法測(cè)量的信號(hào)。量子位 (qubits) 是這些設(shè)備的構(gòu)建塊?？茖W(xué)家們正在研究幾種用于量子計(jì)算和傳感應(yīng)用的量子系統(tǒng)。一個(gè)系統(tǒng)，自旋量子位，是基于在構(gòu)成量子位的半導(dǎo)體材料中的缺陷位點(diǎn)處對(duì)電子自旋方向的控制。缺陷可能包括與構(gòu)成半導(dǎo)體的主要材料不同的少量材料。研究人員最近展示了如何基于碳化硅中的鉻缺陷制造高質(zhì)量的自旋量子比特。

影響

研究人員正在探索碳化硅中的鉻缺陷作為潛在的自旋量子比特。這些自旋量子位的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們發(fā)出的光的波長(zhǎng)與電信光纖兼容。這意味著它們可能對(duì)使用光纖連接量子比特的量子網(wǎng)絡(luò)有用。不幸的是，材料質(zhì)量問(wèn)題限制了這些自旋量子比特的生存能力。研究人員最近研究了在碳化硅中制造鉻缺陷的新方法。他們將鉻離子植入碳化硅中，然后將其加熱到 1600 攝氏度以上。這產(chǎn)生了一種具有更高量子比特質(zhì)量的自旋缺陷材料。這一結(jié)果可能導(dǎo)致使用當(dāng)今半導(dǎo)體和光纖技術(shù)的量子通信。

概括

越來(lái)越多的將量子計(jì)算機(jī)和量子傳感器商業(yè)化的嘗試已經(jīng)對(duì)特定類(lèi)型的量子比特進(jìn)行了大量投資。然而，研究人員必須克服許多挑戰(zhàn)才能實(shí)現(xiàn)實(shí)用的量子計(jì)算、通信和傳感。一方面，他們需要更好地理解各種類(lèi)型量子比特的基本限制。自旋量子比特特別有趣，因?yàn)榕c許多其他類(lèi)型的量子比特相比，電子自旋可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)信息。此外，這些量子比特可以在室溫下運(yùn)行，并且可以使用光學(xué)器件進(jìn)行控制和讀取。光學(xué)接口對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展非常重要，因?yàn)楣庾涌梢允褂矛F(xiàn)有的電信光纖網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)距離傳輸量子信息。

這里報(bào)道的研究表明，將鉻離子注入市售的碳化硅襯底，然后在高溫下退火，會(huì)產(chǎn)生可用于自旋量子比特的單自旋缺陷。隨著研究人員繼續(xù)尋找理想的量子比特，同樣的方法可以用來(lái)制造釩或鉬缺陷。

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