シリコン中の堅牢な新テレコム量子ビット(A Robust New Telecom Qubit in Silicon)

2026-02-25 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究グループは、シリコン中の新しい耐久性の高い量子ビット(qubit)候補 を発見しました。一般にqubitは量子コンピュータや量子通信の基礎単位で、特に光を出す欠陥原子(センター)が有用とされます。これまで注目されてきた「Tセンター」は炭素と水素で構成され、光ファイバーに適したテレコム波長帯で光を放出できる利点がありますが、水素が移動しやすくデバイス製造で不安定になる問題がありました。そこで研究チームは、炭素と窒素からなる “CNセンター” を発見し、水素を含まないため構造的に安定で製造しやすく、同様にテレコム帯で光を出す性能を持つことを示しました。高度な第一原理計算を用いたモデルでは、このCNセンターが将来の量子デバイスの実装に適した新しいビルディングブロックになり得ることが示されています。

<関連情報>

炭素-窒素錯体は、Siの中心の代替として Carbon-nitrogen complex as an alternative to the center in Si

J. K. Nangoi, M. E. Turiansky, and C. G. Van de Walle
Physical Review B  Published: 10 February, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/zy5b-fskh

Abstract

We present a first-principles study of a carbon-nitrogen (CN) impurity complex in silicon as an isoelectronic alternative to the T center [(CCH)Si]. The latter has been pursued for applications in quantum information science, yet its sensitivity to the presence of hydrogen is still problematic. Our proposed complex has no hydrogen, thereby eliminating this issue. First, we show that the CN complex is stable against decomposition into substitutional and interstitial defects. Next, we show that due to being isoelectronic to the center, the CN complex has a similar electronic structure, and therefore could be used in similar applications. We assess several low-energy configurations of the CN complex, finding (CN)Si to be stable and have the largest Debye-Waller factor. We predict a zero-phonon line (ZPL) of 828 meV (in the telecom S band) and a radiative lifetime of 4.2 µ⁢s, comparable to the T center. Due to the presence of a bound exciton, choice of the exchange-correlation functional and also supercell-size scaling of the ZPL and transition dipole moment require special scrutiny; we rigorously justify our extrapolation schemes that allow computing values in the dilute limit.

0403電子応用
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