“我们期待把这些不完美的瑕疵变得完美而实用, 而不是让晶体变得完美有序,把这些瑕疵作为未来量子技术的基础。”论文作者、该校自旋电子及量子计算中心主管、物理学教授大卫·奥斯卡洛姆介绍说,大部分 材料的晶格缺陷都没这种属性,这和材料的原子结构及半导体的电子特征密切相关。目前已知的唯一拥有相同特征的系统是钻石中的氮晶格空位中心 (nitrogen-vacancy center),由氮原子取代了碳原子及邻近晶格空位导致,也能在室温下用作量子比特,而其他物质的量子态要求接近绝对零度。但氮晶格空位中心的钻石很难 生长,给制造集成电路带来很大困难。
相比之下,商业中用的高质量碳化硅晶体直径能达到几英寸,很容易用在各种各样的电子设备、光电设备 和电动机械设备中。研究人员指出,碳化硅晶格缺陷适用于红外光,其能量和目前整个现代电讯网络所用的光很接近。未来的集成量子设备有着精密的电子和光学线 路,这些独特的性质让碳化硅成为最有吸引力的候选材料。
“我们的梦想是能自由设计量子机械设备。就像城市工程师能按照载荷能力、跨度设计桥梁一样,希望有一天量子工程师能按照量子纠缠度、与环境相互作用度等规格指标来设计量子电器设备。”论文领导作者、奥斯卡罗姆实验室研究生威廉姆·凯尔说。
相较于自己“非此即彼”的亲戚比特,量子比特就像那只半死半活的“薛定谔猫”,多了一种“既此又彼”的叠加态。而这点不同也标志了量子计算机和传统计算
机在运算方式及运算能力上的截然区别。不过,量子技术要想得到真正广泛的应用,还必须改变它对环境等客观因素的严苛要求,从“接近绝对零度”到“室温”的
变化,无疑就是其中一个重要的进步。这一来自晶格缺陷的进步也再次告诉我们,换个角度看人待事,往往会有意想不到的收获。
《科技日报》