来源：PHYS ORG

如果我们能够利用现有的电信技术和基础设施，量子互联网将更容易构建。过去几年里，研究人员发现了硅（一种普遍存在的半导体材料）中的缺陷，可用于通过广泛使用的电信波长发送和存储量子信息。在所有有希望承载量子通信量子比特的候选材料中，这些硅中的缺陷能否成为最佳选择？

哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 应用物理和电气工程 Tarr-Coyne 教授Evelyn Hu表示：“现在的情况还像是西部拓荒时期。”

“尽管新的候选缺陷是一个很有前景的量子储存平台，但关于为什么使用某些方法来创造这些缺陷，以及如何快速表征它们及其相互作用的知识几乎没有。”

“最终，我们如何才能微调它们的特性，使它们表现出相同的特征？如果我们要从这个充满可能性的世界中创造出一种技术，我们必须有更好、更快、更有效地描述它们的方法。”

现在，Evelyn Hu和一个研究小组已经开发出一个平台来探测、交互和控制这些潜在强大的量子系统。该装置使用简单的电二极管（半导体芯片中最常见的组件之一）来操控商用硅晶片内的量子比特。

利用该设备，研究人员能够探索缺陷如何响应电场的变化，在电信波段内调整其波长，甚至可以将其开关。

“最令人兴奋的是，这些硅中的缺陷可以利用我们熟悉的二极管设备来理解一个全新的量子系统，并做一些新的事情。”SEAS 博士候选人 Aaron Day 说道。Aaron Day与哈佛大学研究员 Madison Sutula 共同领导了这项研究。

虽然研究团队使用这种方法来表征硅中的缺陷，但它可以用作其他材料系统中缺陷的诊断和控制工具。

该研究发表在《自然通讯》杂志上。

量子缺陷，又称色心或量子发射体，是完美晶格中的不完美之处，可以捕获单个电子。当这些电子受到激光击中时，它们会发射特定波长的光子。

研究人员最感兴趣的用于量子通信的硅缺陷是 G 中心和 T 中心。当这些缺陷捕获电子时，电子会发射波长为 O 波段的光子，该波段在电信中被广泛使用。

在这项研究中，该团队专注于 G 中心缺陷。他们需要弄清楚如何制造这些缺陷。与其他类型的缺陷（从晶格中移除一个原子）不同，G 中心缺陷是通过向晶格中添加原子（特别是碳）而产生的。但Evelyn Hu、Aaron Day和研究团队的其他成员发现，添加氢原子对于持续形成缺陷也至关重要。

接下来，研究人员采用一种新方法制造了电二极管，该方法将缺陷完美地夹在每个设备的中心，而不会降低缺陷或二极管的性能。

这种制造方法可以在一块商用晶圆上制造出数百个带有嵌入式缺陷的器件。将整个器件连接起来并施加电压或电场后，研究小组发现，当在器件上施加负电压时，缺陷就会关闭并变暗。

Aaron Day表示：“了解环境变化何时会导致信号丢失，对于在网络应用中设计稳定的系统非常重要。”

研究人员还发现，通过使用局部电场，他们可以调整缺陷发射的波长，这对于需要对齐不同量子系统时的量子网络非常重要。

该团队还开发了一种诊断工具，用于成像当施加电场时器件中嵌入的数百万个缺陷在空间中的变化。

Aaron Day表示：“我们发现，改变缺陷电环境的方式具有空间分布，我们可以通过观察缺陷发出的光强度变化直接对其进行成像。”

“通过使用这么多的发射器并获得其性能统计数据，我们现在很好地了解了缺陷如何响应其环境的变化。我们可以利用这些信息来了解如何在未来的设备中为这些缺陷构建最佳环境。我们对导致这些缺陷的原因有了更好的了解。”

接下来，该团队计划使用相同的技术来了解硅中的 T 中心缺陷。

原文链接：

https://phys.org/news/2024-06-platform-probe-qubits-silicon-quantum.html 

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