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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)二維材料中的單原子缺陷可在室溫下保存量子信息

信息來源:本站 | 發(fā)布日期: 2024-10-07 09:23:20 | 瀏覽量:19070

摘要:

多數(shù)晶體內(nèi)原子、分子排列并非完美無暇,也因此會形成晶體缺陷,而科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)層狀二維材料存在的單原子缺陷,竟無需其他特殊條件就可在室溫下保留幾微秒量子信息,凸顯出二維材料推進(jìn)多種量子技術(shù)的潛力。將量子數(shù)據(jù)儲存在電子自旋特性上需要非常特殊且精密的設(shè)計(jì),不…

多數(shù)晶體內(nèi)原子、分子排列并非完美無暇,也因此會形成晶體缺陷,而科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)層狀二維材料存在的單原子缺陷,竟無需其他特殊條件就可在室溫下保留幾微秒量子信息,凸顯出二維材料推進(jìn)多種量子技術(shù)的潛力。

將量子數(shù)據(jù)儲存在電子自旋特性上需要非常特殊且精密的設(shè)計(jì),不仔細(xì)控制環(huán)境就無法成功。
最近,曼徹斯特大學(xué)與劍橋大學(xué)研究人員使用名為六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride,h-BN)的材料,發(fā)現(xiàn)其原子缺陷能在環(huán)境條件下保留量子信息特性,且這些電子自旋相干還能用光控制。
六方氮化硼是一種超薄二維材料,由相互堆疊的單原子層組成,這些層透過分子之間的力結(jié)合在一起,但有時層與層之間存在微小缺陷(稱為原子缺陷),這些缺陷會吸收、發(fā)射可見光子,也能充當(dāng)困住電子的局部陷阱。
研究人員便利用這些缺陷研究被捕捉的電子行為、調(diào)查其自旋特性,驚訝發(fā)現(xiàn)當(dāng)將某種量子態(tài)寫到這些電子自旋上,量子信息能儲存約百萬分之一秒,看起來很短暫,但有趣的是這系統(tǒng)不需特殊條件──甚至不用強(qiáng)力磁鐵,就可在室溫下利用光線控制、操縱缺陷內(nèi)的電子自旋、儲存自旋量子態(tài)。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為未來多種量子技術(shù)應(yīng)用、尤其是量子傳感器打開新道路。在真正得以實(shí)際應(yīng)用前,研究人員還有許多事情要解決,比如調(diào)查六方氮化硼系統(tǒng)的原子缺陷如何變得更牢靠。
新論文發(fā)表在《自然材料》(Nature Materials)期刊。

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