在以量子技术为基础的未来中，光势会推动飞机和宇宙飞船的发展。量子计算机将以比现有处理器更快的速度和更高的能源效率解决从化学到密码学的复杂问题。但是在这个未来实现之前，我们需要明亮，按需，可预测的量子光源。

为此，一队美国斯坦福大学的材料科学家，物理学家和工程师，与哈佛大学和悉尼科技大学实验室合作，一直在调查六方氮化硼，可发出明亮的光作为一个材料单光子 -a光的量子单位。而且它可以在室温下做到这一点，与替代量子源相比，它更易于使用。

不幸的是，六方氮化硼有一个明显的缺点：它以不同色调的彩虹发光。斯坦福大学材料科学与工程学副教授詹妮弗·迪恩(Jennifer Dionne)的主要作者，研究生 Fariah Hayee说：“虽然这种发光很漂亮，但目前无法控制颜色。” “我们想知道多色发射的来源，其最终目标是控制发射。”

通过采用微观方法的组合，科学家能够追踪材料的彩色发射到特定的原子缺陷。由合著者，哈佛大学计算材料科学助理教授Prineha Narang领导的小组还开发了一种新理论，通过考虑材料中的光，电子和热相互作用来预测缺陷的颜色。

论文的共同作者，哈佛大学NarangLab研究生Christopher Ciccarino说：“我们需要知道这些缺陷如何与环境耦合，以及是否可以用作识别和控制它们的指纹。”

研究人员在3月24日的《自然材料》杂志上发表了一篇论文，描述了他们的技术和不同类别的缺陷。

多尺度显微镜

识别导致量子发射的缺陷有点像在一个没有手机的拥挤城市中寻找朋友。您知道他们在那里，但是您必须扫描整个城市以找到其确切位置。

通过扩展Dionne实验室开发的一种改良型电子显微镜的功能，科学家们能够将六方氮化硼的局部原子级结构与其独特的颜色发射相匹配。在数百次实验过程中，他们用电子和可见光轰击了这种材料，并记录了光发射的模式。他们还研究了六方氮化硼中原子的周期性排列如何影响发射颜色。

海耶说：“面临的挑战是从看似非常混乱的量子系统中找出结果。只是一个测量并不能说明全部情况。” “但是综合起来，再加上理论，数据非常丰富，并且为这种材料中的量子缺陷提供了清晰的分类。”

除了他们对六方氮化硼中缺陷发射类型的特定发现之外，该团队开发的收集和分类这些量子光谱的过程本身可能对一系列量子材料具有变革性。

“材料可以以接近原子级的精度制造，但我们仍不完全了解不同的原子排列如何影响其光电特性，”也是热力学极限能量前沿研究中心光子学主任的狄昂(Dionne)说。 PTL-EFRC)。“我们团队的方法揭示光在原子尺度，途中排放到激动人心的量子光学技术的主机。”

学科的叠加

尽管现在的重点是了解哪些缺陷会引起某些颜色的量子发射，但最终的目的是控制其性质。例如，该团队设想了量子发射器的战略布置，以及为将来的量子计算机打开和关闭它们的发射。

在这一领域的研究需要跨学科的方法。这项工作汇聚了材料科学家，物理学家和电气工程师，包括实验家和理论家，包括斯坦福大学应用物理学教授Tony Heinz和SLAC国家加速器实验室的光子科学教授，以及Jensen Huang全球领导力教授JelenaVučkovic。工程学院。

Dionne说：“我们能够为创建具有可控特性(例如颜色，强度和位置)的量子源奠定基础。” “我们从几个不同角度研究这个问题的能力证明了跨学科方法的优势。”