惊喜突破：科学家在日常电子中创造量子州

（从左边）研究生Kevin Miao，Chris Anderson和Alexandre Bourassa监测Pritzker分子工程学院的量子实验。

经过几十年的小型化，我们依赖于计算机和现代技术的电子元件现在开始达到基本限制。面对这一挑战，世界各地的工程师和科学家正在朝着自然的新范式转向：量子信息技术。

Quantum技术，它利用了治理原子水平的粒子的奇怪规则，通常认为与我们每天在手机，笔记本电脑和汽车中使用的电子产品共存过多。然而，与芝加哥大学Pritzker分子工程学院的科学家宣布了重大突破：可以在碳化硅制成的常用电子设备中集成和控制量子状态。

“这项工作使我们更接近实现能够在全球光纤网络上存储和分发量子信息的系统的一步。” - David Awschalom，Liew Family教授分子工程学

“在商业电子产品中创造和控制高性能量子位的能力是一个令人惊讶的是，在Uchicago的分子工程中的Liew Induticator David Awschalom表示，在Uchicago的分子工程学教授和Quantum技术的先驱。“这些发现已经改变了我们考虑发展量子技术的方式 - 也许我们可以找到一种方法来利用当今电子产品来构建量子设备。”

在两篇论文中出版的Inscienceandscience的进步，Awschalom的群体证明了它们可以电控制嵌入碳化硅中的量子状态。突破可以提供更容易设计和构建量子电子的手段 - 与使用异国情调的材料，科学家通常需要用于量子实验，例如超导金属，悬浮原子或金刚石。

这些量子态在碳化硅中具有在电信带附近的波长发出单个光颗粒的增加的益处。“这使得它们通过与全球所有国际数据的90％的相同的光纤网络相同的光纤传输，”Argonne国家实验室和芝加哥量子交流总监Awschalom说，Awschalom说。

此外，这些光颗粒可以在与现有电子器件结合时获得令人兴奋的新性质。例如，在科学推进文件中，该团队能够创建称为“量子FM收音机”的AWSchalom;以相同的方式将音乐传输到您的汽车无线电，量子信息可以在极长的距离上发送。

“所有理论都表明，为了在材料中实现良好的量子控制，它应该是纯粹的，没有波动的领域，”纸上的第一个作者凯文苗凯文苗族说。“我们的结果表明，通过适当的设计，设备不仅可以减轻那些杂质，而且还可以创建前面是不可能的其他控制形式。”

在TheSFICEPAPER中，他们描述了第二次突破，解决了量子技术中非常常见的问题：噪音。

“杂质在所有半导体器件中都是常见的，并且在量子水平上，这些杂质可以通过创造嘈杂的电气环境来扰乱量子信息，”纸上的一首第一作者Chris Anderson克里斯安德森说。“这是Quantum Technologies的近乎普遍问题。”

但是，通过使用电子设备的基本元素之一 - 二极管，电子 - 团队的单向开关发现了另一个意外结果：量子信号突然变得没有噪音，几乎完全稳定。

“在我们的实验中，我们需要使用激光，不幸的是，这是围绕着电子的。这就像一个带有电子的音乐椅子的比赛;当光线熄灭一切时，但是在不同的配置中，“研究生亚历山大·福萨岛，另一个联合第一作者说。“问题是，电子的这种随机配置影响了我们量子状态。但我们发现，应用电场从系统中移除电子，使其更加稳定。“

通过展现出良好的经典半导体技术，AWSChalom及其小组将量子力学的奇怪物理学集成，为即将到来的量子技术革命铺平了道路。

“这项工作使我们更接近实现能够在全球光纤网络上存储和分配量子信息的系统的一步，”Awschalom表示。“这种量子网络将带来一种小说类技术，允许创建不可接受的通信信道，单个电子状态的传送和昆腾互联网的实现。”

对于其研究，该团队使用芝加哥材料研究中心和Pritzker纳米制造设施。威斯特罗姆也与芝加哥大学芝加哥大学的企业家精神和创新中心合作，推进这些发现。

参考：

“单旋的电气和光学控制集成在可扩展的半导体器件中”，通过克里斯托弗P. Anderson，Alexandre Bourassa，Kevin C. Miao，Gary Wolfowicz，彼得J. Mintun，Alexander L. Crack，Hiroshi Abe，Jawad Ul Hassan，Nguyen T 。儿子，Takeshi ohshima和David D. Awschalom，2019年12月6日，Science.Doi：
10.1126 / science.AAX9406.

“通过硅碳化碳的旋转的电气驱动的光学干涉测定”通过Kevin C. Miao，Alexandre Bourassa，Christopher P. Anderson，Samuel J. Whiteley，Alexander L. Crack，Sam L. Bayliss，Gary Wolfowicz，GergőThiering，Péterudvarhelyi，Viktor Ivády，Hiroshi Abe，Takeshi ohshima，ÁdámGali和David D. Awschalom，2019年11月22日，科学推进.DO：
10.1126 / sciadv.aay0527.

资金：国家科学基金会，国防部，国防部，国防先进研究项目机构，日本促进科学，瑞典能源机构和瑞典研究委员会，卡尔试用基金会科学研究和爱丽丝瓦伦贝格基金会。