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記者5日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊郭國平教授、李海歐教授等人與國內(nèi)同行以及本源量子計算有限公司合作，在硅基鍺量子點中實現(xiàn)了自旋量子比特操控速率的電場調(diào)控，以及自旋翻轉(zhuǎn)速率超過1.2 GHz的自旋量子比特超快操控，該速率是國際上半導(dǎo)體量子點體系中已報道的最高值，對提升自旋量子比特的品質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。研究成果日前在線發(fā)表在國際期刊《納米通信》上。

硅基半導(dǎo)體自旋量子比特以其長量子退相干時間和高操控保真度，以及其與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝技術(shù)兼容的高可擴展性，成為實現(xiàn)量子計算機研制的重要候選者之一。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(tǒng)方案利用電子自旋共振方式實現(xiàn)自旋比特翻轉(zhuǎn)，這種方式的比特操控速率較慢。

研究人員發(fā)現(xiàn)，利用電偶極自旋共振機制實現(xiàn)自旋比特翻轉(zhuǎn)，具備較快的操控速率。同時，比特的操控速率與體系內(nèi)的自旋軌道耦合強度成正相關(guān)，因此對體系內(nèi)自旋軌道耦合強度的有效調(diào)控，是實現(xiàn)自旋量子比特高保真度操控重要的物理基礎(chǔ)。其中體系中的電場是調(diào)節(jié)自旋軌道耦合強度的一項重要手段，以此可以實現(xiàn)電場對自旋量子比特性質(zhì)的高效調(diào)控。

在前期工作的基礎(chǔ)上，為了進一步提升自旋量子比特的性能，研究人員經(jīng)過實驗探究發(fā)現(xiàn)體系內(nèi)的電場參數(shù)對自旋量子比特的操控速率具有明顯的調(diào)制作用。通過物理建模和數(shù)據(jù)分析，研究人員利用電場強度對體系內(nèi)自旋軌道耦合效應(yīng)的調(diào)制作用，以及量子點中軌道激發(fā)態(tài)對比特操控速率的貢獻，自洽地解釋了電場對自旋量子比特操控速率調(diào)制的實驗結(jié)果。并在實驗上進一步測得了超過1.2 GHz的自旋比特超快操控速率，這也刷新了課題組之前創(chuàng)造的半導(dǎo)體自旋比特操控速率達到540MHz的最快紀(jì)錄。

這項研究成果對研究空穴自旋量子比特操控的物理機制，以及推動硅基半導(dǎo)體量子計算研究具有重要的指導(dǎo)意義。

(中國科大供圖)

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