物理学家在二维材料中展示了室温量子存储

新的研究表明，仅仅几个原子厚的材料中的微小缝隙，有可能推动多种量子技术的发展，使我们更接近量子网络和传感器的广泛应用。

目前，将量子数据存储在电子的自旋特性中，即自旋相干性，需要一个非常特殊和精密的实验室设置。如果没有一个精心控制的环境，这是不可能做到的。

在这里，一个国际研究小组成功地展示了室温下可观察到的自旋相干性，这利用了一种叫做“六方氮化硼（HBN）”的二维分层材料中的微小缺陷。

英国剑桥大学的物理学家卡梅姆·吉拉多尼（Carmem Gilardoni）说：“结果表明，一旦我们在这些电子的自旋上写入特定的量子态，这些信息就会被存储大约百万分之一秒，这使得这个系统成为一个非常有前途的量子应用平台。”

“这可能看起来很短，但有趣的是，这个系统不需要特殊条件 —— 它甚至可以在室温下存储自旋量子态，而且不需要大磁铁。”

通过材料本身的分子作用力，HBN层被锁在一起，但当材料被合成或加工时，缺陷就会出现。这就提供了电子可以被捕获的微小空间。

研究人员不仅能够捕获和观察HBN缺陷中的电子，他们还能够利用光来操纵它们。这是第一次在正常环境温度下进行这种类型的实验。

根据该团队的测量结果，HBN的使用显示出稳定量子存储的前景 —— 即使量子态目前只能存储一小部分时间，但有迹象表明，它最终可能会扩大规模。

英国曼彻斯特大学的物理学家汉娜·斯特恩说：“使用这个系统向我们突出了对新材料进行基础研究的力量。”

“至于HBN系统，作为一个领域，我们可以在其他新材料平台上利用激发态动力学，用于未来的量子技术。”

对于科学家来说，保持量子态和量子信息的稳定和不受干扰是一个持续的挑战，他们不断寻找新材料和新技术来提高稳定性。

该团队目前正在研究如何将自旋储存时间增加到百万分之一秒以上，提高缺陷的可靠性和从缺陷发出的光的质量。

随着进展的进展，虽然缓慢但肯定，我们将能够开发出更先进的量子传感器 —— 能够监测宇宙中的微小变化 —— 以及用于超快速、超安全信息传输的量子网络。

斯特恩说：“每一个有前途的新系统都将扩大可用材料的工具包，在这个方向上的每一个新步骤都将推进量子技术的可扩展实现。”

这项研究发表在《自然材料》杂志上。

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