美國科學家最近在矽中發現了一種堅固的新量子比特（qubit），名為 CN 中心，這一發現有望為可擴展的矽基量子處理器和光子芯片鋪平道路。這項研究由加州大學聖巴巴拉分校（UC Santa Barbara）的研究團隊進行，該團隊隸屬於布魯克海文國家實驗室的量子優勢共設計中心（C2QA）。CN 中心的量子比特由直接嵌入矽中的碳氮缺陷組成，這是邁向可大規模生產、適用於電信的量子設備的重要一步，這些設備可使用與現代計算機芯片相同的材料和製造工具。
與 T 中心不同，CN 中心的缺陷不包含氫，因此在實際設備中將更為穩定且更易於實現。該項目的帶頭人、Van de Walle 團隊的博士後研究員 Kevin Nangoi 指出，這一特性使得 CN 中心成為一個更具潛力的量子比特選擇。
傳統計算機依賴於位元（0 和 1）來存儲和處理數據，而量子計算機則通過使用量子比特（qubits）以疊加狀態來進行運算。量子比特就像普通位元一樣存儲 0 和 1，但它也可以同時存在於這兩個狀態中。當多個量子比特一起工作時，它們的組合狀態變得更加複雜，這使得量子設備能夠同時存儲和處理更多的信息。
目前，晶體中的缺陷，如鑽石中的氮-空位（NV）中心或矽中的 T 中心（由碳和氫原子組成），充當這些量子比特的物理承載體，賦予它們能夠與光相互作用的電子狀態。CN 中心的碳和氮穩定性使其在電信範圍內發光，並且避免了氫在晶片加工過程中擴散和重組的問題，從而克服了 T 中心的可重複性和可製造性挑戰。
研究團隊採用了先進的第一性原則計算模擬，以原子級別建模該缺陷。CN 中心的增強穩定性意味著它可以無需專門的加工步驟而集成到現有的矽光子學平台中。美國海軍研究實驗室的博士後研究員 Mark Turiansky 表示，CN 中心重現了 T 中心對量子應用的吸引力所需的關鍵電子和光學特性。
加州大學聖巴巴拉分校的教授 Chris Van de Walle 認為，在矽中找到一種不含氫的量子光源，並且在電信波長下運行，標誌著可擴展量子技術的重要一步。如果實驗上得到確認，CN 中心有望成為量子設備的實用新構件，可能加速先進量子技術的發展，並使用當今電子產品所需的相同矽材料。該研究的結果已發表在《物理評論B》期刊上。
