量子点中电子自旋与光和强耦合核自旋相结合的艺术图（通过镜头观察）
来源：雷恩•扎珀斯基/剑桥大学
光学活性半导体量子点是迄今为止已知的最有效的自旋光子界面，尽管进行了长达10年的研究，但科学家仍很难将其存储时间延长到几微秒以上。在最新研究中，英国剑桥大学、林茨大学和谢菲尔德大学研究人员证明，有一种简单的材料可解决这个问题，将量子信息的存储提高到一百微秒以上。研究成果发表在近日的《自然·纳米技术》期刊上。
量子点是由数千个原子组成的晶体结构。这些原子的每一个原子核都有一个与量子点电子耦合的磁偶极矩，并可能导致存储在电子量子比特中的量子信息丢失。新研究发现，在用具有相同晶格参数的半导体材料构建的器件中，原子核“感受到”相同的环境并表现一致。结果是可滤除这种核噪声并在存储时间上实现近两个数量级的改进。
研究人员称，这是一种全新的光学活性量子点机制，可在其中关闭与原子核的相互作用，并一遍又一遍地重新聚焦电子自旋以保持其量子态活跃。对于量子点中的自旋，较短的相干时间是应用的最大障碍，这一发现为此提供了一个清晰而简单的解决方案。在首次探索百微秒时间尺度时，研究人员惊喜地发现电子只能看到来自原子核的噪声，而不是器件中的电噪声。
另一件让研究人员感到惊讶的事情是从原子核中接收到的“声音”。它并不像最初预期的那么和谐，而且通过进一步的材料改进，系统的量子相干性还有进一步改进的空间。研究人员表示，这项研究最令人兴奋的事情之一是驯服一个复杂的量子系统：十万个原子核与一个控制良好的电子自旋强烈耦合。大多数研究人员通过消除所有相互作用来解决将量子位从噪声中分离出来的问题。他们的量子位变得有点像被镇静了的薛定谔的猫，无论任何人拉动它的尾巴，它都无法作出反应。而新研究中的“猫”像是服用了强效兴奋剂。
量子点现在结合了高光子量子效率和长自旋相干时间。在不久的将来，研究人员设想这些器件能够为全光子量子计算创建纠缠光态，并允许对核自旋系统进行基础量子控制实验。
文章来源：MEMS（微信公众号）
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