不需特殊條件,二維層狀材料「六方氮化硼」能在室溫下保存量子資訊

作者 | 發布日期 2024 年 05 月 30 日 12:05 | 分類 尖端科技 , 材料 line share follow us in feedly line share
不需特殊條件,二維層狀材料「六方氮化硼」能在室溫下保存量子資訊


多數晶體內原子、分子排列並非完美無暇,也因此會形成晶體缺陷,而科學家最近發現層狀二維材料存在的「單原子缺陷」,竟無需其他特殊條件就可在室溫下保留幾微秒量子訊息,凸顯出二維材料推進多種量子技術的潛力。

將量子資料儲存在電子自旋特性上需要非常特殊且精密的設計,不仔細控制環境就無法成功。

最近,曼徹斯特大學與劍橋大學研究人員使用名為六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride,h-BN)的材料,發現其原子缺陷能在環境條件下保留量子資訊特性,且這些電子自旋相干還能用光控制。

六方氮化硼是一種超薄二維材料,由相互堆疊的單原子層組成,這些層透過分子之間的力結合在一起,但有時層與層之間存在微小缺陷(稱為原子缺陷),這些缺陷會吸收、發射可見光子,也能充當困住電子的局部陷阱。

研究人員便利用這些缺陷研究被捕捉的電子行為、調查其自旋特性,驚訝發現當將某種量子態寫到這些電子自旋上,量子資訊能儲存約百萬分之一秒,看起來很短暫,但有趣的是這系統不需特殊條件──甚至不用強力磁鐵,就可在室溫下利用光線控制、操縱缺陷內的電子自旋、儲存自旋量子態。

這項發現為未來多種量子技術應用、尤其是量子感測器打開新道路。在真正得以實際應用前,研究人員還有許多事情要解決,比如調查六方氮化硼系統的原子缺陷如何變得更牢靠。

新論文發表在《自然材料》(Nature Materials)期刊。

(首圖來源:劍橋大學

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