通往大型量子计算机的一条有前途的路线是编排多个小型系统。为了动态连接和纠缠任意两个小型系统，光子干涉是一种强大的方法，因为它能兼容片上设备并适用于长距离传播的量子网络。

量子光子学商业化的主要障碍之一仍然是扩展量子系统时的纳米制造和集成问题，因为它们对近距离环境中的最小干扰非常敏感。这使得开发可用于量子计算同时能提供高效光学接口的系统成为一项非凡的挑战。

最近发表在《Nature Materials》上的一项研究演示了如何克服集成的障碍。这项工作基于与斯图加特大学、戴维斯大学、林雪平大学和京都大学，以及埃尔兰根弗劳恩霍夫研究所、亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心和莱比锡莱布尼茨研究所的研究人员的多国合作。

研究人员采用了两步法。首先，他们选择的量子系统是碳化硅中的硅空位色心，众所周知，碳化硅具有特别强大的自旋光学特性。其次，他们使用温和的加工方法来围绕这些色心制造纳米光子波导，这能使主体材料基本上不受损坏。

该项目的负责人、斯图加特大学助理教授Florian Kaiser说：“通过我们的方法，我们可以证明我们的色心在纳米光子集成后仍保持出色的自旋光学特性。由于我们量子设备的鲁棒性，我们获得了足够的空间来在多个核自旋量子比特上执行量子门。由于这些自旋有非常长的相干时间，它们非常适合用于实现小型量子计算机。”

加州大学戴维斯分校的助理教授Marina Radulaski说：“在这个项目中，我们探索了有奇特三角形状的光子器件。虽然这种几何形状因提供了扩展生产所需的多功能性而具有商业吸引力，但对其在高性能量子硬件中的实用性知之甚少。我们的研究表明，色心发射的光能携带量子信息，可以通过单一光模式在芯片上有效传播。这是色心能与其他光子器件集成的关键结论。而这些器件是实现量子网络和量子计算的重要组成。”

使碳化硅平台特别有趣的是，它的CMOS兼容性和在电迁移中作为大功率半导体的大量使用。研究人员希望能从这些方面受益，以利用自旋光子芯片的可扩展生产。此外，他们希望实现半导体电路以电初始化和读出自旋量子比特的量子态。

Florian Kaiser补充道：“最大化的电气控制——而不是通过激光进行传统的光学控制——是简化系统的重要一步。高效纳米光子学与电气控制的结合将使我们能够在一个芯片上可靠地集成更多的量子系统，这将带来显着的性能提升。从这个意义上说，我们正处于碳化硅色心量子技术的黎明阶段。我们纳米光子集成的成功不仅是推动分布式量子计算的一个令人兴奋的因素，而且还可用于提高紧凑型量子传感器的性能。”（编译:Qtech）