硅基半導體自旋量子比特實現超快操控

  記者16日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊郭國平教授等與國內外研究者合作，實現了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻轉速率超過540MHz（兆赫），這也是目前國際上已報道的最高值。研究成果日前線上發表在國際期刊《自然·通訊》上。
　　硅基半導體自旋量子比特以其長量子退相干時間和高操控保真度，以及與現代半導體工藝技術兼容的高可擴展性，成為量子計算研究的核心方向之一。高操控保真度要求比特在擁有較長的量子退相干時間的同時具備更快的操控速率。傳統方案利用電子自旋共振方式實現自旋比特翻轉，這種方式的比特操控速率較慢。近幾年，硅基鍺空穴體系中的自旋軌道耦合研究和實現超快自旋量子比特操控成為熱點。
　　由於自旋軌道耦合場的方向會影響自旋比特操控速率及比特初始化與讀取的保真度，因此測量並確定自旋軌道耦合場的方向是實現高保真度自旋量子比特的首要任務。研究人員進一步優化器件性能，在耦合強度高度可調的雙量子點中完成了自旋量子比特的泡利自旋阻塞讀取，觀測到了多能級的電偶極自旋共振譜。通過調節和選擇共振譜中所展示的不同自旋翻轉模式，實現了自旋翻轉速率超過540MHz的自旋量子比特超快操控。
　　研究人員通過建模分析，揭示了超快自旋量子比特操控速率的主要貢獻來自該體系的強自旋軌道耦合效應。研究結果表明硅基鍺空穴自旋量子比特是實現全電控量子比特操控與擴展的重要候選體系，為實現硅基半導體量子計算奠定了重要研究基礎。（記者吳長鋒）