含碳二聚体缺陷的石墨烷：稳健的带隙内态与可扩展的二维量子计算平台

我们研究了缺陷石墨烷晶格的能级结构，其中通过移除两个最近邻碳位点上的氢原子来产生碳二聚体缺陷。在石墨烷的体绝缘带隙内出现了稳健的缺陷态。对于化学计量半填充体系，存在两个双重简并的缺陷能级；而在比半填充少一个电子的体系中，则存在四个非简并且自旋极化的带隙内缺陷能级。通过光脉冲和交变磁场触发缺陷态之间的共振跃迁，可以在缺陷石墨烷晶格中实现一套通用的量子门。占据与空带隙内态之间较大的能量分离使得在室温下即可实现精确控制。带隙内态的空间局域性意味着一种极高面密度的量子比特网络。基于这些结果，我们提出石墨烷作为一种独特平台可用于构建未来的通用量子计算机。