【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在碳化硅固態(tài)量子存儲(chǔ)研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)等人利用單個(gè)淺層4H-碳化硅PL6色心構(gòu)建多比特量子節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了室溫下量子糾纏的相干轉(zhuǎn)移與長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)，將糾纏壽命延長(zhǎng)約240倍。相關(guān)成果9月4日發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。
 

　　量子糾纏是量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子精密測(cè)量的核心資源，但在固態(tài)體系中容易受到環(huán)境噪聲影響。面向量子傳感和器件集成的淺層色心雖然有利于感知外部信號(hào)并與微納結(jié)構(gòu)耦合，卻也面臨電子自旋快速退相干的問(wèn)題?；旌想娮?核自旋體系為解決這一問(wèn)題提供了可行路徑：利用電子自旋進(jìn)行快速操控和光學(xué)讀出，并將量子態(tài)相干轉(zhuǎn)移至對(duì)環(huán)境噪聲更不敏感的核自旋中長(zhǎng)期存儲(chǔ)。碳化硅兼具晶圓級(jí)生長(zhǎng)、缺陷可控制備和成熟微納加工等優(yōu)勢(shì)，其自旋色心可在室溫下實(shí)現(xiàn)光學(xué)初始化、操控與讀出。因此，如何基于碳化硅淺層色心構(gòu)建可完全尋址的多比特量子節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)糾纏態(tài)的高保真生成、相干轉(zhuǎn)移與長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)，成為發(fā)展室溫固態(tài)量子技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)在4H-碳化硅中制備了距表面約15納米的單個(gè)PL6色心。該色心的電子自旋與兩個(gè)鄰近的硅核自旋發(fā)生強(qiáng)耦合，形成由一個(gè)電子自旋處理比特和兩個(gè)核自旋存儲(chǔ)比特組成的三比特量子節(jié)點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了三個(gè)比特的初始化與相干操控，并在室溫下制備出核自旋Bell糾纏態(tài)和三比特GHZ型糾纏態(tài)，保真度分別達(dá)到94±2%和89±4%。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)首先制備電子自旋與一個(gè)核自旋之間的Bell糾纏態(tài)，隨后利用交換(SWAP)門將糾纏相干轉(zhuǎn)移至兩個(gè)核自旋，使其與易受噪聲影響的電子自旋解耦。轉(zhuǎn)移后的核自旋Bell態(tài)保真度仍達(dá)到92.5±2.5%，糾纏壽命則由1.06±0.05微秒延長(zhǎng)至244±17微秒，提升約240倍，實(shí)現(xiàn)了室溫下糾纏態(tài)的高保真、長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)。
 

　　團(tuán)隊(duì)還在由硅、碳兩種核自旋構(gòu)成的另一量子節(jié)點(diǎn)中重復(fù)實(shí)現(xiàn)了糾纏轉(zhuǎn)移與存儲(chǔ)，驗(yàn)證了該方案對(duì)不同核自旋組合的適用性。對(duì)200個(gè)單PL6色心的統(tǒng)計(jì)表明，超過(guò)10%的色心天然耦合兩個(gè)或更多可用核自旋，為碳化硅多比特量子節(jié)點(diǎn)的可重復(fù)構(gòu)建提供了基礎(chǔ)。
 

　　該研究在淺層單色心體系中實(shí)現(xiàn)了電子自旋快速處理與核自旋長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)的功能結(jié)合，展示了碳化硅量子節(jié)點(diǎn)在室溫下保護(hù)和操控糾纏資源的能力。結(jié)合碳化硅在晶圓級(jí)制備、缺陷可控構(gòu)筑和器件集成方面的優(yōu)勢(shì)，該成果為發(fā)展糾纏增強(qiáng)量子傳感、可擴(kuò)展固態(tài)量子節(jié)點(diǎn)及集成量子器件提供了重要支撐。
 

　　論文共同第一作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生任朔和梁睿健。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的資助。
 

　　引用：中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)碳化硅量子節(jié)點(diǎn)中的室溫糾纏存儲(chǔ) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年9月7日】