量子网络应用锡空位中心的突破

量子纠缠是指量子力学中的一种现象，其中两个或多个粒子相互连接，以至于每个粒子的状态无法独立于其他粒子进行描述，即使它们相距很远。这一被阿尔伯特·爱因斯坦称为“幽灵般的超距作用”的原理现在被用于量子网络来传输信息。这些网络的构建块——量子节点——可以生成和测量量子态。

在可以充当量子节点的候选者中，金刚石中的Sn-V中心(锡(Sn)原子取代碳原子的缺陷，导致两个碳空位之间的间隙Sn原子)已被证明具有合适的特性用于量子网络应用。

Sn-V中心有望在开尔文温度下表现出毫秒范围内的长自旋相干时间，使其能够在相对较长的时间内保持其量子态。然而，这些中心尚未产生具有相似特性的光子，这是在量子网络节点之间创建远程纠缠量子态的必要标准。

现在，在PhysicalReviewApplied上发表的一项研究中，由日本东京工业大学(TokyoTech)副教授TakayukiIwasaki领导的研究人员观察到具有相同光子频率和线宽的Sn-V中心，标志着利用Sn-V的新阶段这些中心作为量子节点。

“在固态材料中，线宽和波长的控制具有挑战性。对于由重原子组成的Sn-V中心来说尤其如此，因为它们在金刚石中的结合会导致发射体周围出现更多缺陷和更高的应变，”博士说。岩崎。

研究人员结合使用离子注入和高压高温(HPHT)退火在金刚石中形成Sn-V中心。离子注入用于将Sn离子注入金刚石衬底。

然后，这些样品在带式设备中暴露于2100°C的高温和7.7GPa的高压下。通过这个两步过程，研究人员消除了表面缺陷和应变对Sn-V中心光学特性的影响，并解决了生成Sn-V中心时通常面临的缺陷问题。

“高温处理有效地解决了晶格损伤。因此，发射极周围的应变得到了很大程度的抑制。此外，Sn-V中心形成在距样品表面约3微米的深度处。这抑制了影响表面的应变和带电缺陷，可能会改变发射器的能级，”Iwasaki博士说。

随后，在用窄线宽可调激光器扫描样品的不同区域并分析发射光时，该团队观察到多个具有几乎相同的光子频率和线宽的Sn-V中心，标志着成功形成稳定的Sn-V中心，适合用作量子节点。

Iwasaki博士对他们工作的未来影响持乐观态度。“高质量Sn-V中心的形成直接导致观察到远距离发射器之间的双光子干涉，以及未来在金刚石中建立Sn-V中心作为量子光物质界面，”他说。