【科技前沿】

　　量子計算研究獲重大進(jìn)展——

　　中外學(xué)者“超快操控”硅基自旋量子比特

　　光明日報合肥1月17日電（記者丁一鳴 通訊員桂運安）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊郭國平教授、李海歐研究員近期與國內(nèi)外學(xué)者合作，實現(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540兆赫，是目前國際上已報道的最高值。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算研究的核心方向之一，其具有長量子退相干時間、高操控保真度等獨特優(yōu)勢，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量子退相干時間的同時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，硅基鍺空穴體系中的自旋軌道耦合研究和實現(xiàn)超快自旋量子比特操控是該領(lǐng)域關(guān)注的熱點。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，測量并確定自旋軌道耦合場的方向，是實現(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，在耦合強度高度可調(diào)的雙量子點中完成自旋量子比特的泡利自旋阻塞讀取，觀測到多能級的電偶極自旋共振譜。通過調(diào)節(jié)和選擇共振譜中所展示的不同自旋翻轉(zhuǎn)模式，實現(xiàn)了自旋翻轉(zhuǎn)速率超過540兆赫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(xiàn)來自該體系的強自旋軌道耦合效應(yīng)。研究結(jié)果表明，硅基鍺空穴自旋量子比特是實現(xiàn)全電控量子比特操控與擴展的重要候選體系，為實現(xiàn)硅基半導(dǎo)體量子計算奠定了重要研究基礎(chǔ)。