“希望蓝钻”的深蓝色是由其晶体结构中的小杂质造成的。类似的钻石杂质也给希望创造出可用于量子计算和量子传感的材料学家带来了希望。

在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一项新研究中，研究人员创造了一种极薄的纯金刚石(钻石的原石)膜。在这种膜晶体结构的一些位置中，研究小组用其他原子(如氮原子)取代了碳原子。这些缺陷与相邻的原子空位(原子缺失的区域)相连，从而形成了一种被称为“色心”的量子系统。这种色心是存储和处理量子信息的场所。

阿贡国家实验室的科学家们开发了一种廉价且能够轻松地制造出这种色心金刚石薄膜的方法，他们希望为这种金刚石膜开发出生产装配线，好用来为世界各地的量子实验生产大量此类膜。

该研究的主要作者、芝加哥大学研究生Xinghan Guo表示，培育生产这种金刚石薄膜的能力可能是加强各个致力于量子信息科学的不同实验室间合作的入场券。他说：“基本上，我们希望这最终将使我们有能力成为量子传感材料的一站式商店。”

阿贡大学材料科学部和芝加哥大学普利兹克分子工程学院的科学家、Q-NEXT的合作者Nazar Delegan说：“钻石中的缺陷对我们来说很有趣，因为它们可以用于量子应用。制造这些薄膜使我们能够将这些缺陷与其他系统整合在一起，并实现新的实验配置。”

金刚石虽然非常坚硬且化学性稳定，但它的价格及其昂贵。换句话说，它是一种科学的噩梦，众所周知，金刚石难以制造和整合。但与此同时，它的特殊结构使其成为了色心的绝佳宿主，而色心可以用来长时间的存储量子信息。

Guo说：“传统的金刚石作为基材是非常难以使用的，而我们的膜更薄且更易于进行广泛的实验。你可以将薄膜剥离并放在各种基材上，甚至可以放在硅片上。这是一种廉价、灵活且简单的色心处理方法，无需直接使用的传统金刚石。”

该研究团队制造的新型金刚石材料提供了更高的晶体和表面质量，从而能够更好地控制色心的相干性。

Delegan最后说道：“因为我们能够控制和保持这些非常薄的材料中单个缺陷的量子特性，这使得该平台有望成为量子技术的基础。”（编译:Qtech）