二维材料可在室温下保存量子信息

英国剑桥大学卡文迪许实验室科学家首次发现，层状二维材料六方氮化硼（hBN）中的“单原子缺陷”可以将量子信息在室温下保留几微秒。相关论文发表在《自然·材料》杂志上。这一发现意义重大，因为能够在环境条件（室温）下拥有量子性质的材料十分罕见，此次发现还凸显了二维材料在推进量子技术方面的潜力。

在hBN中，单一的“原子缺陷”在环境条件下表现出自旋相干，并且这些自旋可以用光来控制。自旋相干性指的是一种电子自旋，能够随时间推移保留量子信息。

此次研究结果显示，如果将特定的量子态信息传输到电子自旋上，这些信息就会被存储约百万分之一秒，这使该系统成为一个非常有前途的量子应用平台。虽然百万分之一秒很短，但难得的是这个系统不需要特殊条件，就可在室温下存储自旋量子态。

hBN是一种超薄材料，由堆叠在一起的单原子层组成。这些层通过分子间作用力结合在一起。但有时，在这些层内部会存在“原子缺陷”。就像困在晶体中的分子一样，这些缺陷可以吸收和发射可见光范围内的光，具有光学跃迁，并且可以充当电子的局部陷阱。由于hBN中的这些“原子缺陷”，科学家现在可以研究这些被捕获电子的行为，如电子的自旋特性，这种特性允许电子与磁场相互作用。真正令人兴奋的是，研究人员可以在室温下利用这些缺陷中的光来控制和操纵电子自旋。

这一发现为未来的技术应用铺平了道路，特别是在传感技术方面。