作者:安娜·德明，物理
（同organic）有机 一张由碳化硅制成的器件的照片，中心是真空
信用:王俊峰 退相干是量子技术的祸根
在相干系统中，代表系统中粒子量子态的波函数的相位之间有确定的关系
这使得量子设备能够以不同于经典设备的有意义的方式运行
然而，与我们周围的世界相互作用会迅速导致退相干，这使得利用量子效应来提高计算效率或通信安全性变得更加困难
研究表明，在钻石中，具有令人印象深刻的长相干时间的量子系统是可能的，但是钻石远不是制造商最喜欢的
现在，合肥科技大学和中国武汉大学的研究人员已经证明，碳化硅可以拥有金刚石的一些量子优势，以及电信行业使用的波长的光控制的额外优势
量子技术珍视的缺陷是氮空位中心，其中金刚石中的一个碳原子被相邻晶格位置缺失碳的氮所取代
使这种缺陷对量子技术感兴趣的是，即使在室温下，你也可以用光控制它的量子自旋态，并产生长相干时间的光子自旋纠缠
当试图将技术定位于现实世界而不是实验室时，困难就出现了
钻石中NV中心的光子-自旋相互作用需要可见光波长的光——电信波长要长得多
此外，这些精心设计的设备需要从人类已知的最坚硬(也是最昂贵)的材料中切割出来，工业上还没有建立纳米制造协议
事实证明，碳化硅中有一些缺陷可能对量子技术也有用
碳化硅被广泛应用于电力电子领域，因此生产碳化硅器件的商业可行途径已经存在
在过去的10年里，碳化硅中的空位和双空位(晶格中的一个或一对原子不存在)开始引起人们的兴趣，因为研究人员知道，在室温下，它们也可以用长相干时间的光来控制它们的自旋状态
对碳化硅中非真空中心的观察确实引起了人们的兴趣，因为这些中心在电信行业使用的波长下是光学活性的，而不是控制碳化硅中空位和双空位自旋态所需的较短的可见波长
“我们还对技术材料碳化硅中的纳米中心能否像金刚石中的纳米中心一样得到一致控制的问题感兴趣，”中国科技大学研究员金说，他是这些最新结果报告的相应作者之一
优化植入 简单地用氮原子轰击样品可以在碳化硅中产生非挥发性中心，因为这种撞击会导致氮原子取代主原子，同时将相邻的原子挤开
然后，通过测量不同的光学响应，如光学可检测的磁共振、光致发光和零声子线(激光激发缺陷状态，而不从晶格振动中给予或获取能量)，您可以看到产生的缺陷如何表现，以及它们是否对量子技术有用
一个复杂的问题是，这种冲击也会将许多其他的主原子炸飞，产生不想要的空位和双空位
这种双空位可能会被证明特别尴尬，因为它们在一些光学测量上类似于NV中心
此外，在晶格中不仅有许多不同取向的非晶中心，而且有许多多晶型的碳化硅
“我们对位于SiC的NV中心非常感兴趣，因为(零声子线)位于c波段电信范围内，但在尝试了许多不同的样本后，我们仍然无法检测到相应的ZPLs，”徐说
“然后我们转向4H-碳化硅，获得了令人兴奋的结果
" 通过控制退火温度，徐和他的同事川和他们的合作者能够增加来自NV中心的关于双空位的信号
调整其他参数，如退火时间也有所帮助，使他们能够增加6倍的NV中心浓度
“以前，人们不知道NV中心是否可以被隔离，”他说
“我们尝试优化注入流量和温度，最终发现这种方法有效
" 随着注入参数的优化，研究人员随后测试了他们对自旋态系统有多少相干光学控制
当一个具有两个可用态的量子系统被频率正好等于两个态之间能量差的光照射时，系统将以一个特征频率在两个态之间翻转
通过测量这些“拉比振荡”，研究人员可以证实他们对自己的系统有一致的控制，并且这种控制会持续17的一致时间(T2)
2 μs
观察到的相干时间仍然比在钻石中的NV中心的相干时间短，在钻石中已经观察到毫秒的T2
然而，它确实与观察到的碳化硅双空位的相干时间竞争，具有在电信波长下工作的额外优势
此外，研究人员已经想到了可以进一步增加退相干时间的策略，包括降低氮浓度和动态解耦技术
这项工作为进一步研究碳化硅中用于量子计算的非真空中心提出了一个“一致”的论点
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
