物理學(xué)家在2D材料中演示室溫量子存儲(chǔ)

在只有幾個(gè)原子厚的材料中，微觀的裂縫有可能推進(jìn)許多量子技術(shù)，新的研究表明，使我們更接近量子網(wǎng)絡(luò)和傳感器的廣泛使用。

現(xiàn)在，將量子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電子的自旋特性中，稱為自旋相干性，需要非常特殊和精細(xì)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置。如果沒有精心控制的環(huán)境，這是無法做到的。

在這里，一個(gè)國(guó)際研究小組設(shè)法證明了在室溫下可觀察到的自旋相干性，利用了一種稱為六方氮化硼（hBN）。

“結(jié)果表明，一旦我們將某個(gè)量子態(tài)寫入這些電子的自旋上，這些信息就會(huì)存儲(chǔ)大約百萬分之一秒，使該系統(tǒng)成為量子應(yīng)用的非常有前途的平臺(tái)。說來自英國(guó)劍橋大學(xué)的物理學(xué)家Carmem Gilardoni。

“這可能看起來很短，但有趣的是，這個(gè)系統(tǒng)不需要特殊條件——它甚至可以在室溫下存儲(chǔ)自旋量子態(tài)，并且不需要大磁鐵。

hBN層通過材料本身內(nèi)置的分子力保持鎖定在一起，但是在合成或加工材料時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)缺陷。這提供了可以捕獲電子的微小位置。

研究人員不僅能夠捕獲和觀察hBN缺陷中的電子，而且還能夠使用光來操縱它們。這是第一次這種類型的實(shí)驗(yàn)在正常的環(huán)境溫度下。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的測(cè)量結(jié)果，hBN的使用顯示出穩(wěn)定的量子存儲(chǔ)的前景 - 即使量子態(tài)現(xiàn)在只能存儲(chǔ)一小部分秒，但有跡象表明它最終可以擴(kuò)大規(guī)模。

“使用這個(gè)系統(tǒng)向我們強(qiáng)調(diào)了新材料基礎(chǔ)研究的力量，”說來自英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家漢娜·斯特恩（Hannah Stern）。

“至于hBN系統(tǒng)，作為一個(gè)領(lǐng)域，我們可以利用其他新材料平臺(tái)中的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)，用于未來的量子技術(shù)。

保持量子態(tài)和量子信息穩(wěn)定并免受干擾是持續(xù)的挑戰(zhàn)對(duì)于不斷尋找新材料和新技術(shù)以提高穩(wěn)定性的科學(xué)家來說。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在研究將旋轉(zhuǎn)存儲(chǔ)時(shí)間增加到百萬分之一秒以上的方法。提高缺陷的可靠性和質(zhì)量從它發(fā)出的光。

隨著進(jìn)展的進(jìn)行，緩慢但肯定，我們將能夠開發(fā)更先進(jìn)的量子傳感器——能夠監(jiān)測(cè)宇宙中的微小變化——以及用于超快速、超安全信息傳輸?shù)牧孔泳W(wǎng)絡(luò)。

“每個(gè)有前途的新系統(tǒng)都將擴(kuò)大可用材料的工具包，朝著這個(gè)方向邁出的每一步都將推動(dòng)量子技術(shù)的可擴(kuò)展實(shí)施。說嚴(yán)厲。

該研究已發(fā)表在自然材料.

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