芝加哥大學(xué)分子工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團隊近日在Physical Review X上發(fā)表研究，該研究提出了一種對光束和碳化硅材料之間的量子界面進行操控的方法。該技術(shù)或?qū)⒘孔訖C械原理應(yīng)用到光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，可以改善通訊安全并實現(xiàn)量子計算的地理分配。
       芝加哥大學(xué)教授、阿貢國家實驗室首席科學(xué)家Awschalom介紹到，碳化硅廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，用來制備小型量子設(shè)備的所有處理協(xié)議都需要用到碳化硅。        該研究基于匈牙利科學(xué)院的共同作者提出的理論材料模型，實驗所用碳化硅材料由瑞典林雪平大學(xué)制備，日本國立量子與輻射科學(xué)技術(shù)研究所利用電子束對材料進行照射，從而構(gòu)建出量子缺陷。
       和經(jīng)典物理學(xué)相比，量子力學(xué)以原子和亞原子級別且異乎尋常的方式控制并影響著物質(zhì)的特性。芝加哥大學(xué)團隊的這項新發(fā)現(xiàn)基于碳化硅上原子尺度缺陷內(nèi)的量子界面，它可以產(chǎn)生量子糾纏，這是量子力學(xué)的奇妙特性之一。
       量子糾纏中，兩個粒子相互緊密聯(lián)系，不管兩者相距多遠(yuǎn)，一個粒子態(tài)會立即影響到另一個粒子態(tài)。
       Awschalom說，量子力學(xué)的這種非直接屬性可以用來確保雙方之間的通訊不被截取或改變。
       研究人員發(fā)現(xiàn)，碳化硅半導(dǎo)體缺陷在光束和自旋之間進行信息傳輸時有著一種天然的密切性。David Christle介紹到，我們一直在探索碳化硅量子態(tài)是否能轉(zhuǎn)化為光束。光-材料結(jié)合的界面是存在的，但它是否能夠，或者適合生成量子糾纏就不得而知。而在我們的實驗中，光躍遷和自旋轉(zhuǎn)化光束的過程都非常的順利且高效。
       原子缺陷就是一個原子的缺失引起材料中鄰近原子發(fā)生電子重新排列的一種特性。缺失的原子，也即缺陷，可以產(chǎn)生一種電子態(tài)，科學(xué)家利用可調(diào)紅外激光可以對其進行控制。
       研究人員發(fā)現(xiàn)，在自旋態(tài)被破壞之前，他們可以生成10000個光子或光束包，如此多的數(shù)量對于研究這些缺陷態(tài)類型來說，已經(jīng)達(dá)到一個世界記錄了。
       Awschalom團隊目前可以將信息的量子態(tài)從商用碳化硅晶片的單個電子自旋轉(zhuǎn)化為光束，并以高達(dá)95%的效率對其進行讀取。
       目前，Awschalom團隊可以實現(xiàn)1毫秒的自旋態(tài)持續(xù)時間，這1毫秒的概念不是一般的時間標(biāo)準(zhǔn)，而是量子態(tài)領(lǐng)域的概念和標(biāo)準(zhǔn)，其中，1納秒的時間，也即十億分之一秒內(nèi)可以進行多次計算。
       該研究為量子信息處理、傳感電磁場、納米分辨率溫度以及光通訊安全等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的科技基于，而其中最為核心的角色，則是碳化硅的納米尺度缺陷特性的巨大潛能。
       現(xiàn)在，有數(shù)十億美元產(chǎn)值的電力電子產(chǎn)業(yè)都依賴碳化硅材料而發(fā)展，有了這項開創(chuàng)性的研究，就可以構(gòu)建量子通訊平臺，以此來推動這些先進設(shè)備在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)揮。（編譯：中國磨料磨具網(wǎng)）