量子計算機有望解決當今頂級超算都無法搞定的一些科學問題，而量子傳感器或許能夠測量當今最敏感的傳感器都難以測量的信號。量子比特（qubits）是此類設備的最基礎組成部分，而科學家們正在研究幾種潛在適用於量子計算和傳感應用的量子系統。

（來自：NPJ Quantum Information）

近年有許多針對半導體材料和自旋量子比特的系統研究，而芝加哥大學的最新研究，正好介紹瞭如何利用碳化矽（SiC）的鉻缺陷，來打造高質量的自旋量子比特。

研究配圖- 1：4H-SiC 中的鉻缺陷結構、產生與光譜

這些自旋量子比特的一個優點，就是它們發出的光的波長與電信光纖兼容。遺憾的是，材料質量問題限制了這些自旋量子比特的生存能力。

研究配圖- 2：空穴燃燒與恢復

其在SiC 中製造鉻缺陷的新方法，主要涉及將鉻離子植入碳化矽中，然後將其加熱到1600 ℃ 以上。

這產生了一種具有更高量子比特質量的自旋缺陷材料，結果有助於利用現成的半導體和光纖技術來開展量子通信。

研究配圖- 3：相干控制

在量子計算、通信、傳感器投入實際應用之前，研究人員必須克服許多挑戰。一方面，他們需要更好地理解各種類型的量子比特的基本限制。

與許多其它類型的量子比特相比，自旋量子比特的有趣之處，在於能夠長時間存儲信息。此外這些量子比特可在室溫下運行，並可利用光學器件進行控制和讀取。

研究配圖- 4：控制率

光學接口對這項技術的發展至關重要，因其可利用現有的電信光纖來開展長距離量子信息的傳輸。

在這份研究中，通過將鉻離子注入商用碳化矽襯底，然後在高溫下退火，即可產生適用於自旋量子比特的單自旋缺陷。

隨著研究人員繼續尋找理想的量子比特，同樣的方法也可用於製造釩或鉬缺陷。