中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的教授郭國平、李海歐等人，與南方科技大學(xué)量子科學(xué)與工程研究院助理研究員黃培豪、中科院物理研究所研究員張建軍以及本源量子計(jì)算有限公司合作，在硅基鍺量子點(diǎn)中實(shí)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(diǎn)體系中已報(bào)道的最高值。研究成果日前在線發(fā)表于《納米快報(bào)》。

　　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，成為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)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(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。研究人員發(fā)現(xiàn)，利用電偶極自旋共振機(jī)制實(shí)現(xiàn)自旋比特翻轉(zhuǎn)，具備較快的操控速率。同時(shí)，比特的操控速率與體系內(nèi)的自旋軌道耦合強(qiáng)度成正相關(guān)，因此對體系內(nèi)自旋軌道耦合強(qiáng)度的有效調(diào)控，是實(shí)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(qiáng)度的一項(xiàng)重要手段，以此可以實(shí)現(xiàn)電場對自旋量子比特性質(zhì)的高效調(diào)控。

　　為了進(jìn)一步提升自旋量子比特的性能，在前期研究的基礎(chǔ)上，研究人員經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)體系內(nèi)的電場參數(shù)(量子點(diǎn)失諧量和柵極電壓)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(qiáng)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(diǎn)中軌道激發(fā)態(tài)對比特操控速率的貢獻(xiàn)，自洽地解釋了電場對自旋量子比特操控速率調(diào)制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。并在實(shí)驗(yàn)上進(jìn)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(dá)到540MHz的最快記錄。

　　研究人員認(rèn)為，該工作對研究空穴自旋量子比特操控的物理機(jī)制以及推動(dòng)硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算研究具有重要的指導(dǎo)意義。