斯图加特大学
集成到纳米光子SiC波导中的VSi中心的可视化
学分:斯图加特大学/物理3 走向更大量子计算机的一条有前途的途径是协调多个任务优化的更小系统
为了动态地连接和纠缠任何两个系统，光子干涉由于其与片上设备的兼容性和在量子网络中的长距离传播而成为一种强有力的方法
量子光子学商业化的主要障碍之一仍然是可伸缩量子系统的纳米级制造和集成，因为它们对封闭环境中的最小干扰非常敏感
这使得开发既能用于量子计算又能提供高效光学接口的系统成为一项非同寻常的挑战
最近发表在《自然材料》杂志上的一项结果显示了如何克服集成障碍
这项工作基于与来自加州斯图加特大学戴维斯分校、林科平大学和京都大学的研究人员，以及埃尔兰根的弗劳恩霍夫研究所、德累斯顿的亥姆霍兹中心和莱比锡的莱布尼茨研究所的多国合作
研究人员遵循两步走的方法
首先，他们选择的量子系统是碳化硅中所谓的硅空位中心，众所周知，它具有特别强的自旋光学特性
其次，他们使用温和的处理方法在这些色心周围制造纳米光波导，使主体材料基本上不受损伤
“通过我们的方法，我们可以证明，在纳米光子集成之后，我们的色心保持了出色的自旋光学特性
该项目的负责人、斯图加特大学助理教授弗洛里安·凯泽说
“由于我们量子设备的鲁棒性，我们获得了足够的净空空间，可以在多个核自旋量子位上执行量子门
由于这些自旋显示出非常长的相干时间，它们非常适合实现小型量子计算机
" “在这个项目中，我们探索了光子器件特有的三角形形状
虽然这种几何形状具有商业吸引力，因为它提供了可扩展生产所需的多功能性，但人们对其在高性能量子硬件中的应用知之甚少
我们的研究表明，颜色中心发出的光可以通过单一光学模式有效传播，颜色中心在整个芯片中携带量子信息
这是色心与其他光子器件(如纳米腔、光纤和单光子探测器)集成的可行性的关键结论，这些器件是实现量子网络和计算的全部功能所必需的
“加州大学戴维斯分校助理教授玛丽娜·拉杜拉斯基说
使碳化硅平台特别有趣的是它的互补金属氧化物半导体兼容性和它作为高功率半导体在电迁移率方面的大量使用
研究人员现在希望从这些方面受益，以利用自旋光子芯片的可扩展生产
此外，他们希望实现半导体电路来电初始化和读出他们自旋量子位的量子状态
“最大化电气控制(而不是传统的通过激光进行的光学控制)是简化系统的重要一步
高效的纳米光子学与电子控制的结合将使我们能够在一个芯片上可靠地集成更多的量子系统，这将带来显著的性能提升
”弗洛里安·凯泽补充道，“从这个意义上说，我们只是处于以碳化硅为色心的量子技术的黎明
我们成功的纳米光子集成不仅是分布式量子计算的令人兴奋的推动者，而且还可以提升紧凑型量子传感器的性能
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