ZnO 中浅施主量子比特的相干性质

晶体中的缺陷是基于光子的量子技术的领先候选者，但实用器件开发的进展关键取决于缺陷光学与自旋性质的改进。出于这一需求，我们研究了一种新的缺陷量子比特候选者——ZnO 中的浅施主。我们展示了对施主量子比特电子自旋态的全光学控制并测量了其自旋相干性质。我们发现纵向弛豫时间 T$_1$ 超过 100 ms，非均匀退相干时间 T$_2^*$ 为 $17\pm2$ ns，Hahn 自旋回波时间 T$_2$ 为 $50\pm13$ $\mu$s。T$_2^*$ 的大小与自然 ZnO 中核超精细场的不均匀性一致。限制 T$_2$ 的可能机制包括瞬时扩散与核自旋扩散（谱扩散）。这些结果可与自然硅中的磷施主体系相媲美，表明通过同位素与化学纯化可在直接带隙半导体中获得施主自旋的长量子比特相干时间。本工作激励了针对量子技术的高纯材料生长、量子器件制备以及施主:ZnO 体系高保真控制方面的进一步研究。