2020年12月10日，近日，位于纽约罗彻斯特的罗彻斯特大学和康奈尔大学的研究人员使用磁性和半导体材料设计了一个纳米级节点，该节点能够使用激光发射和接受光子，以与其他节点相互作用。与用于执行计算和通信的当前网络相比，量子力学的发展利用了光的物理特性，提供了一种更快，效率更高的方法来执行涉及对象和材料的计算和检测。

在设计中，研究人员将半导体和磁性材料布置成一个平台，该平台由高度为120 nm的一系列支柱组成。柱标记可以与光子相互作用的不同量子态的位置，并允许光子与设备上的其他位置以及在各个位置处类似构造的阵列接触。二硒化钨（WSe 2）的独特排列方式覆盖在柱子上，并具有高反应性的三碘化铬（Crl 3）层，

在原子薄的区域接触到12微米厚的层（设计在以前的工作中得到了扩展）介绍了使用WSe 2的Vamivakas LabCrl 3放置在Van der Waals异质结构中，以使用彼此叠置的原子薄材料层来创建或捕获单个光子），Crl 3为WSe 2充电。这将创建一个物理特性，类似于每个支柱底部的孔。

在量子物理学中，没有电子是空穴的特征。每个带正电的空穴还具有北/南二元磁性。

此图显示了每个120纳米高的一系列支柱之一的特写。 每个支柱都充当可与光子相互作用的量子状态的位置标记。 二硒化钨（WSe2）的新颖排列方式覆盖在柱子上，并具有一层底层的高反应性三碘化铬（CrI3）。 在原子薄的12微米面积层接触的地方，CrI3向WSe2施加电荷，在每个支柱旁边形成一个“孔”。 由罗切斯特大学通过Michael Osadciw提供。

一系列支柱的特写，每个支柱的高度为120 nm。每个支柱充当可以与光子相互作用的量子状态的位置标记。二硒化钨（WSe 2）的新颖排列方式覆盖在柱子上，并具有一层底层的高反应性三碘化铬（CrI 3）层。在原子薄的12 µm区域接触的地方，CrI 3向WSe 2施加电荷，在每个支柱旁边形成一个“孔”。罗切斯特大学（插图）由Michael Osadciw提供。

考虑到这种质量，每个孔也是纳米磁铁。当研究人员将激光照在整个设备上时，这些纳米磁铁变成了光学活性自旋区，结果，自旋区也发出了光并与光子相互作用。与在传统信息处理中使用的值为0或1的位相反，自旋状态可以同时对两个值进行编码，并增加了信息处理的可能性。

由于纠缠的性质和概念，该系统为量子节点跨完全远程网络连接提供了可能性。量子光学教授尼克·瓦米瓦卡斯（Nick Vamivakas）表示，该系统的功能就像寄存器一样，其中信息可以存储在与光子相互作用的不同空间位置。罗彻斯特大学的量子物理学。动态特性支持向功能性通信网络的发展迈进，该网络使用光子在远距离上分布获取的信息。

此外，使用超薄和适当尺寸（120 µm）的Crl 3组件控制自旋取向，消除了对外部磁场的需要。由于用于传递此类磁场的电磁线圈是如此之大（研究人员说，MRI系统中使用的线圈类型相同），因此研究人员使用的控制方法支持基于单孔自旋的量子计算设备的小型化。研究的主要作者穆克吉（Mukherjee）描述了这一进展。

基于Rochester的团队与康奈尔大学的研究人员合作，创造了必要的惰性环境，鉴于其具有高反应性，研究人员可以在其中最有效地使用Crl 3。最终，合作者在装有氮气的手套箱中制造了Crl 3，以避免氧气和水分引起的降解。

另一个挑战是优化支柱的配置，以确保可以正确分配（注册）每个相应的孔和自旋谷，以最终链接到设备上的其他节点。广义上讲，研究人员必须找到一种方法，可以在不损害纠缠或光子特性的情况下，将光子通过光纤长距离发送到其他节点。

瓦米瓦卡斯说，这项工作即将进行。Vamivakas实验室的合著者Kamran Shayan以及康奈尔大学的Lizhong Li，Jie Shan和Kin Fai Mak共同加入了Vamivakas和Mukherjee的论文描述工作。

该研究发表在《自然通讯》上。