美國科學家發現新型硅基量子比特，或為未來量子芯片提供動力

這種被稱為CN中心的量子比特，本質上只是硅內部的一種碳氮缺陷。

美國科學家在硅中發現了一種名為"CN中心"的新型強大量子比特，這為可擴展的硅基量子處理器和光子芯片打開了大門。
這一發現由加州大學圣塔芭芭拉分校的一個研究團隊完成，該團隊在美國布魯克海文國家實驗室"量子優勢協同設計中心"的框架下工作。
這種被稱為CN中心的量子比特，由直接構建在硅內部的碳氮缺陷組成。這是朝著可大規模生產、具備電信波段工作能力、且能用與現代計算機芯片相同的材料和制造工具來生產的量子器件邁出的重要一步。

領導該項目的博士后學者凱文·南戈伊博士指出："與T中心不同，這種缺陷不含氫，因此在實際器件中會更穩定、更容易實現。"

新型硅基量子比特

經典計算機依賴比特（0和1）來存儲和處理數據。量子計算機則利用能夠處于疊加態的量子比特來完成這一任務。量子比特就像一個可以存儲0和1的普通比特，但它也可以同時處于兩種狀態。

當多個量子比特協同工作時，它們的組合狀態會變得非常復雜。量子設備使用的量子比特可以同時存在于多種狀態，這使得它們能夠并行存儲和處理更多的信息。

與此同時，晶體中的缺陷，如金剛石中的氮-空位中心，或硅中的T中心（由碳和氫原子構成），可作為這些量子比特的物理宿主，為其提供能與光相互作用的電子態。

然而，氫在芯片加工過程中容易擴散和重組，這對可重復性和可制造性構成了嚴重的障礙，限制了T中心的長期商業潛力。

為了應對這一挑戰，研究團隊用氮替代了氫，并找到了一種能保留T中心最佳特性（如發射電信波段波長光和長壽命量子態）的缺陷。

然而，與基于氫的版本不同，這種新型缺陷避免了因氫在硅內部遷移而導致的制造問題。這種更穩定的缺陷現在被稱為CN中心。

改進T中心

科學家們利用先進的第一性原理計算機模擬，在原子層面構建了這種缺陷的模型。CN中心增強的穩定性意味著它可以被集成到現有的硅光子學平臺中，無需特殊的制造步驟。

美國海軍研究實驗室的博士后研究員馬克·圖里安斯基博士表示："我們的研究結果表明，CN中心重現了使T中心在量子應用中具有吸引力的關鍵電子和光學特性。特別是，該中心結構穩定，并能產生電信波段的光。"

加州大學圣塔芭芭拉分校的克里斯·范德瓦勒教授總結道，在硅中找到一種能在電信波段工作的無氫量子光源，是邁向可擴展量子技術的重要一步。他在一份新聞稿中表示："如果實驗得到證實，CN中心可以作為量子器件的一種實用的新構建模塊，可能加速先進量子技術的發展，同時利用驅動當今電子產品的同一種硅材料。"

該研究已發表在《物理評論B》期刊上。

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