在量子技术领域，一项突破性研究为硅基量子光源的应用开辟了新道路。科学家通过替换硅晶格中的氢原子，成功将T中心缺陷转化为近乎完美的单光子发射器，这项成果可能重塑量子通信与计算的硬件基础。
传统观点认为，硅作为量子光源的效率远低于金刚石等材料。但研究团队聚焦于硅晶格中一种特殊缺陷——T中心，该缺陷由两个碳原子和一个氢原子组成。当被激光激发时，T中心本应发射单光子，但此前常因非辐射衰变导致能量以晶格振动形式耗散，而非转化为光子。
研究人员从同位素工程入手，将氢原子替换为更重的氘原子。由于氘的质量是普通氢（氕）的两倍，这种替换显著改变了缺陷区域的振动模式。实验中，团队制备了三种硅样品：含天然氢的样品、氘占主导的样品，以及碳-13富集的对照样品。所有样品均在德国提供的超高纯度硅晶体上制备，这种材料最初为阿伏伽德罗项目开发，用于重新定义千克标准。
在零下269摄氏度的极低温环境下，科学家通过光致发光光谱和傅里叶变换红外光谱技术，精确观测到氘化T中心的振动能量降低了40%。这种振动抑制直接阻断了非辐射衰变路径，使单光子发射效率大幅提升。实验数据显示，氘化T中心的激发态寿命达到普通版本的5.4倍，接近理论极限值，初步估算其光子发射效率可能超过98%。
更关键的是，氘化显著改善了光学循环性——T中心在被重置前可重复激发发射的次数增加了300倍。这一特性使电子自旋的单次读取成为可能，为量子比特的快速操作提供了硬件支持。研究团队通过脉冲共振激光激发技术，结合时间分辨单光子探测器，精确记录了光子到达时间，验证了同位素替换的显著效果。
该发现打破了硅不适合作为高效量子光源的传统认知。由于T中心发射的光波长（1326纳米）与现有光纤通信的O波段完全匹配，这种缺陷可直接接入全球通信网络，无需额外波长转换设备。参与研究的量子技术公司Photonic Inc.已启动技术转化流程，计划将氘化T中心集成到量子通信模块中。
目前研究团队正推进更系统的振动模式分析，计划对T中心所有可能的同位素组合进行全面研究。这项工作将帮助科学家建立缺陷振动结构与光学性能的精确关联模型，为设计定制化量子光源提供理论依据。相关成果已发表于权威学术期刊《物理评论快报》。
