【科技前沿】

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)郭國(guó)平教授、李海歐研究員近期與國(guó)內(nèi)外學(xué)者合作，實(shí)現(xiàn)了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻轉(zhuǎn)速率超過(guò)540兆赫，是目前國(guó)際上已報(bào)道的最高值。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《自然·通訊》。

硅基半導(dǎo)體自旋量子比特是量子計(jì)算研究的核心方向之一，其具有長(zhǎng)量子退相干時(shí)間、高操控保真度等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并且可以很好地與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝技術(shù)兼容。高操控保真度要求量子比特在擁有較長(zhǎng)量子退相干時(shí)間的同時(shí)具備更快的操控速率，而使用材料中天然存在的自旋軌道耦合可以更快更有效地操控自旋量子比特。

近年來(lái)，硅基鍺空穴體系中的自旋軌道耦合研究和實(shí)現(xiàn)超快自旋量子比特操控是該領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。自旋軌道耦合場(chǎng)的方向會(huì)影響自旋比特操控速率及比特初始化與讀取的保真度。因此，測(cè)量并確定自旋軌道耦合場(chǎng)的方向，是實(shí)現(xiàn)高保真度自旋量子比特的首要任務(wù)。

李海歐等人優(yōu)化器件性能，在耦合強(qiáng)度高度可調(diào)的雙量子點(diǎn)中完成自旋量子比特的泡利自旋阻塞讀取，觀測(cè)到多能級(jí)的電偶極自旋共振譜。通過(guò)調(diào)節(jié)和選擇共振譜中所展示的不同自旋翻轉(zhuǎn)模式，實(shí)現(xiàn)了自旋翻轉(zhuǎn)速率超過(guò)540兆赫的自旋量子比特超快操控。

研究人員通過(guò)建模分析，揭示了超快自旋量子比特操控速率的主要貢獻(xiàn)來(lái)自該體系的強(qiáng)自旋軌道耦合效應(yīng)。研究結(jié)果表明，硅基鍺空穴自旋量子比特是實(shí)現(xiàn)全電控量子比特操控與擴(kuò)展的重要候選體系，為實(shí)現(xiàn)硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算奠定了重要研究基礎(chǔ)。（記者丁一鳴 通訊員桂運(yùn)安）

關(guān)鍵詞： 自旋 量子 比特 操控 硅基 耦合 保真度 超快

責(zé)任編輯：Rex_07