SiC量子器件
已经在由碳化硅（SiC）制成的发光二极管中发现了各种新的色心（发射能够发射单个光子的发光晶体缺陷）。这一结果再一次证实了它是一种有前途的单光子源，并且是制造量子比特（量子比特）的一种很好的材料。
在室温下运行的单光子发射器可用于芯片上的量子通信应用，并可用作量子计算机的“飞行”量子位的来源。这种计算机利用量子粒子同时处于两个或多个状态的“叠加”的能力，这与将信息存储和处理为可以具有两种逻辑状态之一的“比特”的经典计算机不同—“0”或“ 1”
量子计算机原则上可以在某些任务上优于经典计算机，例如代码解密，因为它们的处理速度随着所涉及的量子比特的数量而呈指数增长。实际上，即使是最简单的量子计算机也很难制造，因为这些量子态的脆弱性意味着它们很容易被破坏并且难以控制。
碳化硅色心
近年来，有许多关于碳化硅中的点缺陷（或色心）的研究，这种材料由于其高导热性和高的最大电流密度而被广泛用于高功率电子学，这仅仅是这种材料的两种优良性能。这些缺陷具有电子自旋态，可以相干地控制和操纵为光的量子位。
由德国斯图加特大学的Jorg Wrachtrup领导的研究人员现在已证实了以前的这些发现。他们已经发现了由碳化硅多晶型（一种晶体结构）（称为4H-SiC）制成的横向pin二极管中的各种新色心，其中包含自然发生的缺陷（或“双极”）。这些缺陷对应于晶体中缺失的碳原子旁边缺失的硅原子，非常类似于称为“氮空位中心”的钻石中的缺陷 - 当氮杂质自身紧挨缺失的碳时形成原子在钻石晶格中的空位。
这两种类型的缺陷形成具有净角动量（或自旋）的多电子系统，其可以平行（“1”）或反平行（“0”），并且可以被利用为一个量子比特。然而，碳化硅更具有优势，因为它兼容CMOS，因此比硬质金刚石罐更容易扩大到大型系统。
光致发光实验
4H-SiC中新发现的中心发射可见光和近红外范围内的非经典光。一种类型的缺陷甚至可以用电子手段激发。这意味着它可能集成到紧凑型电子设备中，因为不需要额外的庞大激光系统来光学激励它。
正如先前关于金刚石氮空位中心和SiC点缺陷的实验一样，Wrachtrup及其合作者使用光致发光测量了4H-SiC中二氧化硅的自旋。这包括将激光照射到样品上并收集随后发射的荧光。而且，对于金刚石氮空位，碳化硅双蒸气的荧光取决于它们的自旋状态，因此可以用这种方式“读出”量子比特的状态。
“在这项工作中，一个关键的概念是生成和操纵单个光子粒子，” 斯坦福大学的Marina Radulaski说，他没有参与这项研究。“研究人员不仅在碳化硅中发现了可以高速生成单光子的新色心，而且还成功地将这些色心与能够打开和关闭光发射的电子元件结合在一起。从某种意义上说，他们已经开发出了一种'量子电报'的早期原型。“
弗吉尼亚理工大学的Sophia Economou也没有参与这项研究，他同意这样的观点： “电子操作的单光子源对于小型化量子器件很有意义，而碳化硅是这种器件特别有前途的材料，这要归功于其工业成熟，与CMOS兼容制造技术和低成本。然而，尽管成熟，但新的色心仍然在碳化硅中被发现，这些将提供一系列的发射频率，自旋结构和光子极化特性。
“Wrachtrup及其同事的工作为设备工程和基础物理学研究提供了新的方向，”她补充道。“进一步了解新发现的色心的性质 - 它们的组成，它们的自旋结构，在光学与电激发下的动力学以及它们是否可以为自旋 - 光子纠缠界面提供有用的转变将是很好的。”
閱讀更多 草長禿鷹飛 的文章
