研究人員開發新型二維材料 可在室溫下存儲量子信息

來自劍橋大學卡文迪許實驗室的研究人員與澳大利亞悉尼大學的同事合作，發現了一種二維材料 - 六方氮化硼（hexagonal boron nitride），它可以在室溫下從其結構的原子級缺陷中發射出單光子。

研究人員發現，從這些孤立的缺陷中發出的光給出了關于一種可用于存儲量子信息的量子特性的信息，即自旋，這意味著這種材料可以用于量子應用。重要的是，量子自旋可以通過光和在室溫下訪問。這一發現最終可以支持由二維材料構建的、可以在室溫下運行的可擴展的量子網絡。該結果報告在《Nature Communications》雜志上。

劍橋大學卡文迪許實驗室的漢娜·斯特恩博士說：“我們可以用光子把信息從一個地方發送到另一個地方，但如果我們要建立真正的量子網絡，我們需要發送信息，儲存它，并把它發送到其他地方。我們需要能夠在室溫下保持一定時間的量子信息的材料，但我們目前得到的大多數材料平臺在制造上具有挑戰性，而且只在低溫下工作良好”。

六角氮化硼是一種二維材料，在大型反應器中通過化學氣相沉積法生長。它很便宜而且可以擴展。最近的努力揭示了單光子發射器的存在和光學可及自旋的密集集合的存在，但沒有單獨隔離的自旋-光子界面在環境條件下運行。

三一學院初級研究員 Stern 表示：“通常，這是一種相當無聊的材料，通常被用作絕緣體。但是我們發現，這種材料中存在著可以發射單光子的缺陷，這意味著它可以用于量子系統。如果我們能讓它在自旋中存儲量子信息，那么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黃金天線和一個設定強度的磁鐵附近設置了一個六邊形氮化硼樣品。通過在室溫下向該樣品發射激光，他們能夠觀察到從該材料上發出的光有許多不同的磁場依賴反應。研究人員發現，當他們用激光照射材料時，他們能夠操縱缺陷的自旋或固有角動量，并將缺陷作為存儲量子信息的一種方式。