基于元素缺陷工程的单层 MoS$_2$ 稳定自旋量子比特第一性原理设计
应用物理
2025-04-02 v1
摘要
量子信息科学（QIS）涵盖量子计算、传感和通信等技术，依赖于量子比特的开发与操控。近年来，二维（2D）材料以其原子级薄度和外部可控性为特征，已成为在室温下制造和操控量子比特的有力候选者。在本研究中，我们提出二维过渡金属二硫化物（TMDs）中的反位缺陷（MX）可作为具有受控定位的可调谐量子缺陷。利用第一性原理原子结构模拟，我们在单层 1H-MoS 中确定了六种热力学稳定的中性反位缺陷（MX，其中 M = Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd；X = S）。这些缺陷具有作为自旋缺陷量子比特的潜力，具备稳定的三重态基态。此外，我们证明带隙的减小导致吸收系数在低能范围内显著波动，从而在所需的通信波段产生光学响应，这有利于量子通信应用。与这些量子比特相关的零声子线（ZPL）可作为有效的标识符。这项工作提出了一种利用二维材料中缺陷的全新且可调的方法，为量子信息技术中量子比特平台的发展开辟了新可能性。
引用
@article{arxiv.2503.24163,
title = {First-principles design of stable spin qubits in monolayer MoS$_2$ with elemental defect engineering},
author = {Cailian Yu and Zhihua Zheng and Menghao Gao and Zhenjiang Zhao and Xiaolong Yao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.24163},
year = {2025}
}