美国科学家发现新型硅基量子比特，或为未来量子芯片提供动力

这种被称为CN中心的量子比特，本质上只是硅内部的一种碳氮缺陷。

美国科学家在硅中发现了一种名为"CN中心"的新型强大量子比特，这为可扩展的硅基量子处理器和光子芯片打开了大门。
这一发现由加州大学圣塔芭芭拉分校的一个研究团队完成，该团队在美国布鲁克海文国家实验室"量子优势协同设计中心"的框架下工作。
这种被称为CN中心的量子比特，由直接构建在硅内部的碳氮缺陷组成。这是朝着可大规模生产、具备电信波段工作能力、且能用与现代计算机芯片相同的材料和制造工具来生产的量子器件迈出的重要一步。

领导该项目的博士后学者凯文·南戈伊博士指出："与T中心不同，这种缺陷不含氢，因此在实际器件中会更稳定、更容易实现。"

新型硅基量子比特

经典计算机依赖比特（0和1）来存储和处理数据。量子计算机则利用能够处于叠加态的量子比特来完成这一任务。量子比特就像一个可以存储0和1的普通比特，但它也可以同时处于两种状态。

当多个量子比特协同工作时，它们的组合状态会变得非常复杂。量子设备使用的量子比特可以同时存在于多种状态，这使得它们能够并行存储和处理更多的信息。

与此同时，晶体中的缺陷，如金刚石中的氮-空位中心，或硅中的T中心（由碳和氢原子构成），可作为这些量子比特的物理宿主，为其提供能与光相互作用的电子态。

然而，氢在芯片加工过程中容易扩散和重组，这对可重复性和可制造性构成了严重的障碍，限制了T中心的长期商业潜力。

为了应对这一挑战，研究团队用氮替代了氢，并找到了一种能保留T中心最佳特性（如发射电信波段波长光和长寿命量子态）的缺陷。

然而，与基于氢的版本不同，这种新型缺陷避免了因氢在硅内部迁移而导致的制造问题。这种更稳定的缺陷现在被称为CN中心。

改进T中心

科学家们利用先进的第一性原理计算机模拟，在原子层面构建了这种缺陷的模型。CN中心增强的稳定性意味着它可以被集成到现有的硅光子学平台中，无需特殊的制造步骤。

美国海军研究实验室的博士后研究员马克·图里安斯基博士表示："我们的研究结果表明，CN中心重现了使T中心在量子应用中具有吸引力的关键电子和光学特性。特别是，该中心结构稳定，并能产生电信波段的光。"

加州大学圣塔芭芭拉分校的克里斯·范德瓦勒教授总结道，在硅中找到一种能在电信波段工作的无氢量子光源，是迈向可扩展量子技术的重要一步。他在一份新闻稿中表示："如果实验得到证实，CN中心可以作为量子器件的一种实用的新构建模块，可能加速先进量子技术的发展，同时利用驱动当今电子产品的同一种硅材料。"

该研究已发表在《物理评论B》期刊上。

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