芝加哥大学的研究人员说，他们已经证明了碳化硅（SiC）中原子量子存储器的控制的可行性，碳化硅是一种常见的半导体材料，可用于电动汽车和LED灯泡。

他们能够利用这种控制创造出一个“纠缠态”，代表量子存储器和被困在半导体材料中的电子之间的联系。研究人员说，这有效地展示了人们如何将量子信息编码并写入单个原子的核心，从而开启了构建量子比特的潜力，这种量子比特可以在非常长的时间内保持运行或“相干”，这可能对量子计算有重大意义。

芝加哥大学普利茨克分子工程学院（Pritzker School of Molecular Engineering）的研究生、该研究报告的共同第一作者亚历山德拉·布拉萨（Alexandre Bourassa）说：“就像台式电脑有不同类型的内存，用于各种用途，我们预计量子技术也会有类似的需求。”我们捕获的电子就像一个CPU，不同的核自旋可以有效地用作量子RAM和硬盘驱动器，以提供中长期量子信息存储。”

半导体材料是由电子键连接在一起的原子核排列。这些原子核中的一些（但不是全部）具有一种称为“自旋”的性质，这使它们能够像微小的量子磁体一样工作。研究人员说，具有自旋的原子核可以用来编码量子信息。

“原子核的自旋是我们所知道的最强大的量子系统之一，”联合第一作者、乌奇卡戈博士后学者克里斯·安德森说它们的量子态可以持续数小时甚至几天。这使它们成为构建量子存储器的理想选择。量子技术在这个世界上只能保留一小部分信息。”

为了与这些原子核相互作用，科学家们使用了类似于磁共振成像（MRI）的技术，但只用一个电子取代了笨重的磁室。利用这种“原子尺度核磁共振成像”，科学家们能够定位和控制构成单个原子核心的原子核。

“诀窍是精确控制携带所需自旋的原子核的数量，”研究生尼基塔·奥尼舒克（Nikita Onizhuk）说，他是研究人员之一，他开发了一个理论模型来解释和指导实验突破如果内存太少，设备中就没有足够的可用内存，但是如果内存太多，就无法独立地隔离和控制它们。”

研究人员与理论和材料生长学者合作，证明了优化这些量子存储器是可能的。

普利茨克分子工程学院自旋电子学和量子信息的Liew家族教授David Awschalom说：“我们相信，我们可以在比当今集成电路中找到的单个最先进晶体管更小的占地面积内开发出具有数十个高质量量子存储器的材料。”

研究人员说，这项工作建立了在半导体器件中创造量子技术所需的关键组件，并将成为未来量子互联网的重要平台。