硅材料中發現新型量子“積木”

　　美國加州大學圣巴巴拉分校科學家在硅材料中發現了一種強韌的新型量子“積木”——碳氮（CN）中心。這一成果或將為量子技術發展開辟新路徑。相關論文發表于新一期《物理評論B》雜志。

　　圖片來源：物理學家組織網

　　此次發現的CN中心，本質上是一種存在于晶體內部的原子級“點缺陷”，類似于科學家此前已在金剛石晶格內發現的氮空位（NV）中心。這些微小的缺陷結構，能與電子和光巧妙“對話”，發射出攜帶量子信息的單光子，是構建量子網絡和處理器的理想單元。

　　此前，科學家已在硅中發現一種名為T中心的缺陷，它能像NV中心一樣長久存儲量子信息，且能發射出適合光纖傳輸的電信波段光。T中心由碳和氫原子構成，但氫原子天性“活潑”，極易在晶體中移動，使材料制造過程難以把控，設備難以可控量產。

　　團隊此次從無氫的CN中心身上看到了曙光。這一不含氫的全新結構，天然規避了制造難題，展現出超越前者的堅固性與穩定性，有望成為量子器件更理想的“積木”。

　　團隊借助先進的第一性原理計算機模擬，從原子層面為CN缺陷“畫像”。結果顯示，CN中心不僅完美復刻了T中心備受青睞的電子與光學特性，更在電信波段展現出穩定而強大的光發射能力，且自身結構堅固穩定。

　　在硅中鎖定一個不含氫且能發射電信波段光子的量子光源，是連通量子理論與可擴展技術的關鍵一步。后續實驗若能證實其全部潛力，CN中心將作為實用化的量子“積木”，加速量子技術的演進，讓未來的量子設備也能扎根于硅基沃土。