科学家发现二维材料中的单原子缺陷可在室温下保存量子信息

多数晶体内原子、分子排列并非完美无暇，也因此会形成晶体缺陷，而科学家最近发现层状二维材料存在的单原子缺陷，竟无需其他特殊条件就可在室温下保留几微秒量子信息，凸显出二维材料推进多种量子技术的潜力。

将量子数据储存在电子自旋特性上需要非常特殊且精密的设计，不仔细控制环境就无法成功。

最近，曼彻斯特大学与剑桥大学研究人员使用名为六方氮化硼（Hexagonal Boron Nitride，h-BN）的材料，发现其原子缺陷能在环境条件下保留量子信息特性，且这些电子自旋相干还能用光控制。

六方氮化硼是一种超薄二维材料，由相互堆叠的单原子层组成，这些层透过分子之间的力结合在一起，但有时层与层之间存在微小缺陷（称为原子缺陷），这些缺陷会吸收、发射可见光子，也能充当困住电子的局部陷阱。

研究人员便利用这些缺陷研究被捕捉的电子行为、调查其自旋特性，惊讶发现当将某种量子态写到这些电子自旋上，量子信息能储存约百万分之一秒，看起来很短暂，但有趣的是这系统不需特殊条件──甚至不用强力磁铁，就可在室温下利用光线控制、操纵缺陷内的电子自旋、储存自旋量子态。

这项发现为未来多种量子技术应用、尤其是量子传感器打开新道路。在真正得以实际应用前，研究人员还有许多事情要解决，比如调查六方氮化硼系统的原子缺陷如何变得更牢靠。

新论文发表在《自然材料》（Nature Materials）期刊。