推进量子技术和医疗诊断行业发展的半导体公司 Archer Materials Limited（以下简称 “Archer”）与其两个国际研究合作伙伴合作开展的研究取得了一些重要的里程碑式成果。这些成果包括室温观测到 “库仑封锁”，以及基于芯片的 Archer 新型碳自旋材料自旋检测，这是 12CQ 量子项目发展的两个关键里程碑。
图 1. a) Archer 新开发的量子器件设计示意图，该器件集成了石墨烯与 CNS 材料的电接触以及相应的电路。 b) 图 a 中红色虚线圈内的特写区域，显示 CNS 材料位于石墨烯触点之上。新设备的设计充分利用了 Archer 在开发石墨烯生物芯片过程中获得的现有专业知识，并与昆士兰大学的研究人员合作开发。图片来源：Archer Materials Limited
新型器件结构实现 “Coulomb Blockade“现象
Archer公司与昆士兰科技大学的研究人员合作开发了一种新的设备架构和制造工艺，其中包括使用石墨烯与Archer公司的 CNS 自旋材料进行电接触。新设备设计的架构充分利用了Archer公司在开发石墨烯生物芯片过程中实现的现有研究成果。
在早期测试中，Archer 使用纳米级图案化石墨烯触点对单个 CNS 或在某些情况下对 2-3 个 CNS 链进行了电接触。这样就可以观察到关键的量子电学行为。
石墨烯电极装置的室温测试和特性测量显示出明显的 “Coulomb Blockade”特征。Coulomb Blockade是量子点中电子隧穿的抑制，这意味着研究小组可以精确控制量子点上的少量电子。这种量子行为的出现对Archer来说是一个重要的里程碑，因为它证明了 12CQ 量子器件在室温下运行的潜力。研究小组还能通过在 80 开尔文（-193.15 摄氏度）下进行的电学测量，准确描述这种新器件设计的基本特性和电学特性（见图片 1）。
QMUL 的下一步工作包括在毫开尔文温度（低于 -272C）下进行电气测试。这将更详细地了解这些器件的电气特性和量子行为，这对于优化性能和精度，尤其是量子读出（芯片的信息输出）非常必要。
读出能力关键测量方面的进展
在与瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的持续合作中，Archer 还取得了一个重要的里程碑，即利用其最新开发的 p-ESR 芯片（见 2024 年 3 月 25 日的公告）精确读出了 Archer 自旋材料极小碎片（皮立方体积）的量子相干自旋寿命。这包括最近发布的公告（见 2024 年 9 月 30 日的公告）中强调的新型碳薄膜，以及前几代 Archer CNS 自旋材料。经测量，薄膜的自旋相干寿命为 380 ns，CNS 为 160 ns。
在Archer公司的新型碳膜自旋材料中观察到的超长自旋相干寿命和超大自旋密度，以及量子计算芯片性能的提升，为公司的 12CQ 项目带来了更多量子应用的可能性。例如，在成像、传感、通信和导航领域。
在谈到 12CQ 的发展时，Archer 执行主席格雷格-英格利希（Greg English）说、
“12CQ项目继续朝着更好的性能迈出重要步伐，包括控制电子和展示读出，这对量子计算芯片的发展都非常重要。室温操作和量子相干电子自旋寿命的改善也有助于增强芯片的功能。
“该团队及其研究伙伴正在开展的工作意味着，Archer 有可能将 12CQ 项目扩展到量子计算之外，并将其扩展到成像、传感、通信和导航领域”。
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