科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊、郭國平教授等于國內外合作者共同合作，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。這也是目前為止，國際上已報道的最高值。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(tǒng)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。硅基鍺量子點中的空穴載流子處于P軌道態(tài)，因而天然具有較強的本征自旋軌道耦合效應和較弱的超精細相互作用。利用電偶極自旋共振技術，僅通過單個交變電場即可實現對空穴自旋量子比特的全電學控制，大大簡化了量子比特的制備工藝，有利于實現硅基自旋量子比特單元的二維擴展。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現超快自旋量子比特操控成為該領域關注的熱點。
由于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高保真度自旋量子比特的首要任務。研究人員在前期工作此基礎上，進一步優(yōu)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(jié)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。
（中國科大供圖）
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