二維材料可以在室溫下存儲量子信息

#量子#研究人員已經確定了一種可用於在室溫下存儲量子信息的二維材料。

量子存儲器是構建量子互聯網時要解決的主要構建塊，其中量子信息通過光子或光粒子安全地存儲和發送。

劍橋大學卡文迪什實驗室的研究人員與澳大利亞悉尼大學的同事合作，確定了一種二維材料六方氮化硼，它可以在室溫下從其結構中的原子級缺陷中發射單光子。

研究人員發現，這些孤立缺陷發出的光提供了有關可用於存儲量子信息的量子特性的信息，稱爲自旋，這意味着該材料可用於量子應用。重要的是，量子自旋可以通過光在室溫下進行。

這一發現最終可能支持由可在室溫下運行的二維材料構建的可擴展量子網絡。結果發表在《自然通訊》雜誌上。

未來的通信網絡將使用單光子向世界各地發送信息，這將導致更安全的全球通信技術。

建立在量子力學原理上的計算機和網絡將比現有技術更強大、更安全。然而，爲了使這樣的網絡成爲可能，研究人員需要開發可靠的方法來生成單個、無法區分的光子作爲跨量子網絡的信息載體。

我們可以使用光子將信息從一個地方發送到另一個地方，但如果我們要構建真正的量子網絡，我們需要發送信息、存儲信息並將其發送到其他地方，該研究的共同第一作者，還有顧秋實和約翰·賈曼博士。我們需要能夠在室溫下保持量子信息一段時間的材料，但我們目前擁有的大多數材料平臺都很難製造，而且只能在低溫下很好地工作。

六方氮化硼是一種二維材料，通過化學氣相沉積在大型反應器中生長。它便宜且可擴展。最近的努力揭示了單光子發射器的存在和光學可訪問自旋的密集集合的存在，但不是在環境條件下運行的單獨隔離的自旋光子界面。

通常，它是一種非常無聊的材料，通常用作絕緣體。但我們發現這種材料存在可以發射單光子的缺陷，這意味着它可以用於量子系統。如果我們可以讓它以自旋的形式存儲量子信息，那麼它就是一個可擴展的平臺。

斯特恩和她的同事在一個微小的金天線和一個固定強度的磁鐵附近建立了一個六邊形氮化硼樣品。通過在室溫下向樣品發射激光，他們能夠觀察到許多不同的磁場相關響應對材料發出的光的響應。

研究人員發現，當他們將激光照射在材料上時，他們能夠操縱缺陷的自旋或固有角動量，並將缺陷用作存儲量子信息的一種方式。

通常情況下，這些系統中的信號總是相同的，但在這種情況下，信號會根據我們正在研究的特定缺陷而變化，並不是所有的缺陷都顯示出信號，所以還有很多東西有待發現，說共同第一作者顧秋實。這種材料有很多變化，就像蓋在移動表面上的毯子一樣——你會看到很多漣漪，它們都是不同的。

現在我們已經在這種材料中確定了室溫下光學可訪問的孤立自旋，接下來的步驟將是詳細瞭解它們的光物理學，並探索可能應用的操作機制，包括信息存儲和量子傳感。這項工作之後將會有一系列有趣的物理學。