美国伊利诺伊大学香槟分校团队在《自然·通讯》发文：金刚石里找到一种全新量子光源，命名“IL1”（伊利诺伊1号）。它能发射极其干净、明亮的窄带单光子北京网上炒股配资网，同时几乎不搭理周围晶格的杂乱振动。
传统金刚石色心，比如最出名的氮-空位中心，虽然能发光，可周围原子一抖，光子质量就急剧劣化，逼着系统必须在接近绝对零度的液氦温度下干活。IL1不一样。它不惧怕所有振动，只和一个高度局域、乖顺的振动模式耦合。研究团队形容：就像坐超高速磁浮列车，车外气流颠簸、地形粗糙，车窗边那杯红酒却纹丝不动。IL1正是那杯酒，周围晶格抖得再凶，它稳稳输出频率极为纯净的量子光。更妙的是，这个孤立的振动非但不捣乱，未来还可能被驯服成一种额外的量子控制资源。
声子（晶格振动）一直是固态量子光源走向实用的头号杀手。绝大部分量子密钥分发、量子传感方案，为压制声子，都得背上庞大昂贵的极低温制冷设备。IL1展现的“宽频声子解耦”特性，意味着同类色心缺陷有可能在液氮温度、甚至更高温区正常工作。硬件复杂度和成本一旦降下来，量子通信终端、近距离量子传感器才能真正走向规模化。
▲ 纳米金刚石中的IL1色心显示出声子解耦的单光子发射。图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院
把时间轴拉长：上世纪90年代，科学家首次从单个氮-空位缺陷里读出单光子信号。2010年后，氮-空位中心在地磁精密测量、室温固态量子比特上大放异彩，但耦合声子多、光谱展宽大的毛病始终没改。随后找到的硅-空位中心，光谱相干性稍好，仍需要极低温伺候。这次IL1把声子问题从“硬抗”变成“绕道走”，提供了一条全新的物理路径。
围绕量子缺陷的竞赛本来就热闹。美国有老牌量子加速器，欧洲有马克斯·普朗克、代尔夫特理工等强队，这次论文合作者里还有法国、俄罗斯同行。IL1是美国人命名的，但聚光灯不能只打在一处。中国在这个盘面上占位不轻，且手握实实在在的后勤优势。
中国金刚石色心研究起步稍晚，追赶势头极猛。郭光灿院士团队在国内率先实现了金刚石氮-空位单光子源的室温电触发；潘建伟团队在基于自发参量过程的量子卫星和地面通信上做到了世界领跑；杜江峰团队则把金刚石色心用到了纳米尺度的弱磁成像上，灵敏度一度刷新纪录。这几个方向合在一起，构成了从光源、传导到传感的闭环。
▲ 尽管速度很快且地形崎岖，磁悬浮列车内的一杯酒依然保持不动。图片来源：Google Gemini
更关键的是原料底气。全球超过90%的人造金刚石产自中国，河南、浙江一带的CVD单晶产业极其庞大。量子研究需要的，恰恰是杂质含量低到极致、同位素特别纯的金刚石晶体。这种“高级原料”的供给，恰好扎根在中国的产业链里。中国科学院宁波材料技术与工程研究所已能制备满足色心掺杂要求的电子级、量子级单晶金刚石基材。这意味着像IL1这样的新缺陷一发现，我们能短时间内长出高质量的同类型样品，原料上不会被卡脖子。
量子调控是“十四五”重点专项，固态量子存储、量子中继等课题，长期苦于找不到合适的声子隔离方案。IL1的出现，等于给出了一套容易“仿生”的缺陷工程模型——它不是孤例，它证明只要在金刚石里精心设计掺杂原子的位置和构型，就能复现甚至增强这种声子解耦行为。国内一些实验室已开始做理论筛选，如计算锡-空位、锗-空位及复合缺陷的振动模式，试图提炼出通用的缺陷设计准则。
如果哪一天，量子密钥分发的接收端不必再拖着笨重的压缩机制冷，只靠一片拇指大的金刚石芯片就能在酷暑下产出纯净单光子，那IL1这次发现，就是燃起那把火的源头。当然，眼前还得解决怎么用电场精确控制IL1的自旋和电荷态，以及能否利用那个清净的局域振动模造出量子存储器。伊利诺伊团队说这才刚开始。在这个赛道，起步既是别人的，也是我们自己的。
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