科技日報(bào)記者 吳長鋒
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)、郭國平教授等于國內(nèi)外合作者共同合作，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540MHz。這也是目前為止，國際上已報(bào)道的最高值。研究成果日前在線發(fā)表在國際知名期刊《自然?通訊》上。
硅基半導(dǎo)體自旋量子比特以其長量子退相干時(shí)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(kuò)展性，成為量子計(jì)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(shí)間的同時(shí)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(shí)現(xiàn)自旋比特翻轉(zhuǎn)，這種方式的比特操控速率較慢。硅基鍺量子點(diǎn)中的空穴載流子處于P軌道態(tài)，因而天然具有較強(qiáng)的本征自旋軌道耦合效應(yīng)和較弱的超精細(xì)相互作用。利用電偶極自旋共振技術(shù)，僅通過單個(gè)交變電場即可實(shí)現(xiàn)對(duì)空穴自旋量子比特的全電學(xué)控制，大大簡化了量子比特的制備工藝，有利于實(shí)現(xiàn)硅基自旋量子比特單元的二維擴(kuò)展。鑒于此，近幾年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成為該領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。
由于自旋軌道耦合場的方向會(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，測量并確定自旋軌道耦合場的方向是實(shí)現(xiàn)高保真度自旋量子比特的首要任務(wù)。研究人員在前期工作此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化器件性能，在耦合強(qiáng)度高度可調(diào)的雙量子點(diǎn)中完成了自旋量子比特的泡利自旋阻塞讀取，觀測到了多能級(jí)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(shí)現(xiàn)了自旋翻轉(zhuǎn)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(xiàn)來自該體系的強(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)。
（中國科大供圖）
營業(yè)執(zhí)照公示信息