通过运用传统半导体器件，研究人员成功激发了量子通信的新潜能，从而更接近实现量子互联网的宏伟愿景。

研究显示，借助现有的电信技术和基础设施，量子互联网的建设过程可以显著简化。近期研究发现硅（一种广泛使用的半导体材料）中的缺陷能在常用的电信波长上传输和存储量子信息，这些缺陷有望成为有效量子通信中承载量子比特的主要竞争者。

探索硅中的量子缺陷

哈佛大学John a . Paulson工程与应用科学学院（SEAS）塔尔-科因应用物理学和电气工程教授伊夫林·胡指出：“那里仍然是一个未被完全探索的领域。尽管新的候选缺陷作为量子存储平台的前景广阔，但对于为什么使用某些特定方法来创建它们，以及如何在集成过程中快速表征它们及其相互作用，通常几乎一无所知。关键在于我们如何调整它们的行为，使它们展现出一致的特性？如果我们要从这个充满可能性的世界中创造出实用技术，我们必须找到更好、更快、更有效的描述方法。”

目前，胡教授和一组研究人员开发了一个平台来探测、交互和控制这些潜在的强大量子系统。该装置运用简单的电子二极管（半导体芯片中最基础的组件之一）操纵商用硅晶圆内部的量子比特。利用此设备，研究者能探索缺陷对电场变化的响应，调节其在电信频段内的波长，甚至控制其开启与关闭。

“如果我们要从这个充满可能性的世界中创造出实用技术，我们必须找到更好、更快、更有效的描述方法。”

- Evelyn Hu, Tarr-Coyne应用物理和电气工程教授

利用量子通信缺陷

SEAS的博士候选人亚伦·戴表示：“在硅中发现这些缺陷最激动人心的一点是，你可以在这种熟悉的材料中使用众所周知的器件，如二极管，来理解全新的量子系统，并借此实现一些创新。”戴与哈佛大学研究员麦迪逊·苏图拉共同领导了此项研究工作。

尽管研究团队采用这种方法来表征硅中的缺陷，但它也可以作为其他材料系统中缺陷的诊断与控制工具。

这项研究成果已发表于《自然通讯》杂志。

量子发射器和网络应用

量子缺陷，亦称为色心或量子发射体，是完美晶格结构中的不规则部分，能够捕获单个电子。当这些电子受激光照射时，会发射特定波长的光子。对于用于量子通信的硅中缺陷，研究人员特别感兴趣的是G中心和T中心。当这些缺陷捕获电子后，电子会在广泛应用于电信的O波段波长上发射光子。

在此次研究中，团队主要关注G中心缺陷。他们首先需要弄清楚的是制造这些缺陷的方法。与其他类型缺陷不同，G中心缺陷的形成是通过向晶格中添加原子，特别是碳原子，而胡、戴及研究小组的其他成员发现，添加氢原子对持续形成缺陷也至关重要。

开发量子网络工具

研究人员随后采用一种新方法制造电子二极管，该方法能够在不损害缺陷或二极管性能的情况下，将缺陷最佳地夹在每个器件的中心位置。这种制造方法能在一块商用晶圆上制造出数百个带有嵌入式缺陷的器件。将整个设备连接起来并施加电压或电场后，研究小组发现，当负电压施加在设备上时，缺陷会关闭并变暗。

戴博士指出：“了解环境变化何时导致信号丢失，对于网络应用中稳定系统的工程设计至关重要。”

研究人员还发现，通过使用局部电场，他们能够调整缺陷发出的波长，这对于需要对齐的不同量子系统而言极为重要。

此外，该团队还开发了一种诊断工具，可以成像设备中嵌入的数百万个缺陷在电场作用下如何在空间中变化。

未来发展方向及商业潜力

戴博士提到：“我们发现，修改缺陷电环境的方式具有空间轮廓，我们可以通过观察缺陷发出的光强度的变化直接对其进行成像。通过使用如此多的发射器并获得其性能的统计数据，我们现在对缺陷如何响应环境变化有了深刻的理解。这可以帮助我们为未来的设备中的这些缺陷构建最佳环境。我们对使这些缺陷处于‘快乐’或‘不快乐’状态的因素有了更好的理解。”

接下来，团队计划使用相同的技术来探究硅中的T中心缺陷。


                                        
友情提示
本站部分转载文章，皆来自互联网，仅供参考及分享，并不用于任何商业用途；版权归原作者所有，如涉及作品内容、版权和其他问题，请与本网联系，我们将在第一时间删除内容！  
                                        
联系邮箱：1042463605@qq.com