研究人員發(fā)現(xiàn)了一種二維材料，可用于在室溫下存儲(chǔ)量子信息。

量子存儲(chǔ)器是構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)時(shí)要解決的主要構(gòu)建塊，其中量子信息通過(guò)光子或光粒子安全地存儲(chǔ)和發(fā)送。

劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究人員與澳大利亞悉尼大學(xué)的同事合作，確定了一種二維材料六方氮化硼，它可以在室溫下從其結(jié)構(gòu)中的原子級(jí)缺陷中發(fā)射單光子。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些孤立缺陷發(fā)出的光提供了有關(guān)可用于存儲(chǔ)量子信息的量子特性的信息，稱為自旋，這意味著該材料可用于量子應(yīng)用。重要的是，量子自旋可以通過(guò)光在室溫下進(jìn)行。

這一發(fā)現(xiàn)最終可能支持由可在室溫下運(yùn)行的二維材料構(gòu)建的可擴(kuò)展量子網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)將使用單光子向世界各地發(fā)送信息，這將導(dǎo)致更安全的全球通信技術(shù)。

建立在量子力學(xué)原理上的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)將比現(xiàn)有技術(shù)更強(qiáng)大、更安全。然而，為了使這樣的網(wǎng)絡(luò)成為可能，研究人員需要開(kāi)發(fā)可靠的方法來(lái)生成單個(gè)、無(wú)法區(qū)分的光子作為跨量子網(wǎng)絡(luò)的信息載體。

我們可以使用光子將信息從一個(gè)地方發(fā)送到另一個(gè)地方，但如果我們要構(gòu)建真正的量子網(wǎng)絡(luò)，我們需要發(fā)送信息、存儲(chǔ)信息并將其發(fā)送到其他地方，該研究的共同第一作者，還有顧秋實(shí)和約翰·賈曼博士。我們需要能夠在室溫下保持量子信息一段時(shí)間的材料，但我們目前擁有的大多數(shù)材料平臺(tái)都很難制造，而且只能在低溫下很好地工作。

六方氮化硼是一種二維材料，通過(guò)化學(xué)氣相沉積在大型反應(yīng)器中生長(zhǎng)。它便宜且可擴(kuò)展。最近的努力揭示了單光子發(fā)射器的存在和光學(xué)可訪問(wèn)自旋的密集集合的存在，但不是在環(huán)境條件下運(yùn)行的單獨(dú)隔離的自旋光子界面。

通常，它是一種非常無(wú)聊的材料，通常用作絕緣體。但我們發(fā)現(xiàn)這種材料存在可以發(fā)射單光子的缺陷，這意味著它可以用于量子系統(tǒng)。如果我們可以讓它以自旋的形式存儲(chǔ)量子信息，那么它就是一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)。

斯特恩和她的同事在一個(gè)微小的金天線和一個(gè)固定強(qiáng)度的磁鐵附近建立了一個(gè)六邊形氮化硼樣品。通過(guò)在室溫下向樣品發(fā)射激光，他們能夠觀察到許多不同的磁場(chǎng)相關(guān)響應(yīng)對(duì)材料發(fā)出的光的響應(yīng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們將激光照射在材料上時(shí)，他們能夠操縱缺陷的自旋或固有角動(dòng)量，并將缺陷用作存儲(chǔ)量子信息的一種方式。

通常情況下，這些系統(tǒng)中的信號(hào)總是相同的，但在這種情況下，信號(hào)會(huì)根據(jù)我們正在研究的特定缺陷而變化，并不是所有的缺陷都顯示出信號(hào)，所以還有很多東西有待發(fā)現(xiàn)，說(shuō)共同第一作者顧秋實(shí)。這種材料有很多變化，就像蓋在移動(dòng)表面上的毯子一樣——你會(huì)看到很多漣漪，它們都是不同的。

現(xiàn)在我們已經(jīng)在這種材料中確定了室溫下光學(xué)可訪問(wèn)的孤立自旋，接下來(lái)的步驟將是詳細(xì)了解它們的光物理學(xué)，并探索可能應(yīng)用的操作機(jī)制，包括信息存儲(chǔ)和量子傳感。這項(xiàng)工作之后將會(huì)有一系列有趣的物理學(xué)。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2022-02-two-dimensional-material-quantum-room-temperature.html