我國科研團隊在碳化硅集成光量子糾纏器件領域取得新突破

記者從哈爾濱工業大學（深圳）獲悉，該校集成電路學院教授宋清海、周宇團隊在碳化硅集成光量子糾纏器件領域取得新突破，將進一步推進集成光量子信息技術在量子網絡和量子傳感領域的應用。相關研究成果于近日發表在《自然·通訊》上。

波導集成的碳化硅電子－核量子糾纏示意圖。（科研團隊供圖）

研究團隊通過在絕緣體上碳化硅材料（SiCOI）上首先制備出單個電子自旋陣列，并通過精細操控展示了這些自旋的相干特性。

同時，研究團隊將特殊的碳化硅（SiC）外延層晶圓與氧化硅晶圓結合，通過磨削和拋光技術將碳化硅層減薄到200納米。

隨后，研究團隊利用離子注入技術，在碳化硅層中引入雙空位自旋，并通過光磁共振（ODMR）技術驗證了自旋相關特性。

據悉，在碳化硅中，約有1.1%的碳原子和4.7%的硅原子具有核自旋。

宋清海介紹：“我們成功識別了一種特定類型的碳化硅量子缺陷，發現核自旋與電子自旋之間的強耦合能夠實現快速的量子操作。”這些發現為碳化硅片上集成的光量子信息處理提供了重要基礎。

另悉，研究團隊將這種電子-核糾纏量子寄存器集成到光波導中后，在波導中成功實現了接近100%的核自旋極化，并制備出最大糾纏貝爾態，通過量子態層析測量糾纏保真度為0.89。

周宇表示，該實驗結果表明，量子寄存器的光發射和自旋在集成后保持穩定，糾纏也能夠穩定保持在室溫的光波導中。