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科技日?qǐng)?bào)訊 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者5月7日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)郭國(guó)平教授、李海歐教授等人與國(guó)內(nèi)同行以及本源量子計(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(chǎng)調(diào)控，以及自旋翻轉(zhuǎn)速率超過1.2GHz的自旋量子比特超快操控，該速率是國(guó)際上半導(dǎo)體量子點(diǎn)體系中已報(bào)道的最高值，對(duì)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(guó)際期刊《納米通信》上。

硅基半導(dǎo)體自旋量子比特以其長(zhǎng)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(zhǎng)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)度為正相關(guān)關(guān)系，因此對(duì)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(chǎng)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(chǎng)對(duì)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(jìn)一步提升自旋量子比特的性能，研究人員經(jīng)過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)體系內(nèi)的電場(chǎng)參數(shù)對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度對(duì)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(duì)比特操控速率的貢獻(xiàn)，自洽地解釋了電場(chǎng)對(duì)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(cè)得了超過1.2GHz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的最快紀(jì)錄。

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