导读：量子比特不一定非要藏在钻石里。韩国成均馆大学与美国研究团队在氧化锌晶体中确认了一种可用于保存电子自旋信息的缺陷结构：钼原子替代锌原子，并紧挨一个氧空位。它能发出较窄的可见光信号，自旋信息保持时间约4毫秒。
示意图：氧化锌晶格中的钼替位、氧空位与电子自旋。
一、为什么要在材料里“造缺陷”
晶体看起来整齐，但对量子器件来说，恰到好处的缺陷反而有用。缺陷附近可能困住一个电子，电子自旋有“向上、向下”以及量子叠加状态，可以承担量子比特。再通过激光激发和读取其发光变化，就能判断自旋状态。
最著名的路线是钻石里的氮—空位中心。它能在较高温度下工作，但钻石器件与传统半导体工艺整合并不容易。研究人员因此一直在寻找更适合芯片制造的宿主材料。
二、氧化锌有什么吸引力
氧化锌是成熟的宽禁带半导体，可用于光电和传感器件，也能制备高纯度晶体。此次研究确认的缺陷由钼原子占据原本的锌位置，并在旁边留下氧空位。这个组合会形成可控的电子态，发出明亮且较窄的可见光谱线。
研究报告称，自旋相干或信息保持时间约为4毫秒，并从理论上讨论了单次读取的可能性。对固态量子比特而言，毫秒级时间意味着研究人员有更多机会完成操控和测量。
三、它还不是一颗量子处理器
发现一个好缺陷，与制造可扩展量子芯片之间隔着很长距离。首先要稳定地在指定位置制造缺陷，而不是随机碰到；其次要让多个缺陷保持一致，并用光子或其他方式互相连接；最后还要解决控制线路、噪声、封装和纠错。
实验里表现良好的单个缺陷，在晶圆上批量制造时可能出现频率漂移和材料杂质问题。所谓“可在室温附近工作”，也不等于整个量子计算机不需要冷却，因为周围的光学和电子系统仍可能有更严格条件。
四、这条路线值得关注的原因
氧化锌最大的优势不是某个指标已经压倒所有材料，而是它属于工业界熟悉的半导体。假如未来能够精确植入缺陷并与光子器件集成，制造和封装可能比钻石路线更顺手。量子技术尚未确定最终材料，新的候选者越多，越有机会找到性能与工程成本之间的平衡。
信息来源： Phys.org：World-first zinc oxide spin qubit advance，原始研究发表于《PRX Quantum》。4毫秒为实验研究指标，不代表已实现实用量子芯片。
