固態(tài)自旋色心是量子信息處理的重要研究平臺，金剛石氮空位色心是其突出代表。自從1997年德國研究團隊報道了室溫下單個金剛石氮空位色心的探測以來，金剛石氮空位色心在量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子傳感等方面都取得了重要進展。近年來，為了利用更加成熟的材料加工技術(shù)和器件集成工藝，人們開始關(guān)注其他半導(dǎo)體材料中的相似色心。其中碳化硅中的自旋色心，包括硅空位色心（缺失一個硅原子）和雙空位色心（缺失一個硅原子和一個近鄰碳原子），因其優(yōu)異的光學和自旋性質(zhì)引起了人們廣泛的興趣。

 

李傳鋒、許金時研究組利用此前所發(fā)展的離子注入制備碳化硅缺陷色心的技術(shù)制備了雙空位色心陣列。進一步利用光探測磁共振技術(shù)，在室溫下實現(xiàn)單個雙空位色心的自旋相干操控，并發(fā)現(xiàn)其中一類雙空位色心的自旋讀出對比度為30%，而且單光子發(fā)光亮度每秒可達150k個計數(shù)。這兩項重要指標相比碳化硅中硅空位色心均提升了一個數(shù)量級，第一次展現(xiàn)了碳化硅自旋色心在室溫下具有與金剛石氮空位色心相媲美的優(yōu)良性質(zhì)，并且單色心電子自旋在室溫下的相干時間長達23微秒。研究團隊還實現(xiàn)了碳化硅色心中單個電子自旋與近鄰核自旋的耦合與探測，為下一步構(gòu)建基于碳化硅自旋色心體系的室溫固態(tài)量子存儲與可擴展的固態(tài)量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

《國家科學評論》審稿人認為，這一發(fā)現(xiàn)解決了碳化硅色心量子技術(shù)應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題。