在量子技術領域，一項突破性研究為硅基量子光源的應用開辟了新道路。科學家通過替換硅晶格中的氫原子，成功將T中心缺陷轉化為近乎完美的單光子發射器，這項成果可能重塑量子通信與計算的硬件基礎。
傳統觀點認為，硅作為量子光源的效率遠低于金剛石等材料。但研究團隊聚焦于硅晶格中一種特殊缺陷——T中心，該缺陷由兩個碳原子和一個氫原子組成。當被激光激發時，T中心本應發射單光子，但此前常因非輻射衰變導致能量以晶格振動形式耗散，而非轉化為光子。
研究人員從同位素工程入手，將氫原子替換為更重的氘原子。由于氘的質量是普通氫（氕）的兩倍，這種替換顯著改變了缺陷區域的振動模式。實驗中，團隊制備了三種硅樣品：含天然氫的樣品、氘占主導的樣品，以及碳-13富集的對照樣品。所有樣品均在德國提供的超高純度硅晶體上制備，這種材料最初為阿伏伽德羅項目開發，用于重新定義千克標準。
在零下269攝氏度的極低溫環境下，科學家通過光致發光光譜和傅里葉變換紅外光譜技術，精確觀測到氘化T中心的振動能量降低了40%。這種振動抑制直接阻斷了非輻射衰變路徑，使單光子發射效率大幅提升。實驗數據顯示，氘化T中心的激發態壽命達到普通版本的5.4倍，接近理論極限值，初步估算其光子發射效率可能超過98%。
更關鍵的是，氘化顯著改善了光學循環性——T中心在被重置前可重復激發發射的次數增加了300倍。這一特性使電子自旋的單次讀取成為可能，為量子比特的快速操作提供了硬件支持。研究團隊通過脈沖共振激光激發技術，結合時間分辨單光子探測器，精確記錄了光子到達時間，驗證了同位素替換的顯著效果。
該發現打破了硅不適合作為高效量子光源的傳統認知。由于T中心發射的光波長（1326納米）與現有光纖通信的O波段完全匹配，這種缺陷可直接接入全球通信網絡，無需額外波長轉換設備。參與研究的量子技術公司Photonic Inc.已啟動技術轉化流程，計劃將氘化T中心集成到量子通信模塊中。
目前研究團隊正推進更系統的振動模式分析，計劃對T中心所有可能的同位素組合進行全面研究。這項工作將幫助科學家建立缺陷振動結構與光學性能的精確關聯模型，為設計定制化量子光源提供理論依據。相關成果已發表于權威學術期刊《物理評論快報》。
