中國科學技術大學郭光燦院士團隊郭國平教授、李海歐研究員近期與國內外學者合作，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540兆赫，是目前國際上已報道的最高值。相關成果日前在線發表于《自然-通訊》。
硅基半導體自旋量子比特是量子計算研究的核心方向之一，其具有長量子退相干時間、高操控保真度等獨特優勢，并且可以很好地與現代半導體工藝技術兼容。高操控保真度要求量子比特在擁有較長量子退相干時間的同時具備更快的操控速率，而使用材料中天然存在的自旋軌道耦合可以更有效地操控自旋量子比特。
近年來，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是該領域關注的熱點。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。
郭光燦院士團隊2021年首次在硅基鍺量子線空穴量子點中實現朗道g因子張量和自旋軌道耦合場方向的測量與調控。在此基礎上，李海歐等人進一步優化器件性能，在耦合強度高度可調的雙量子點中完成自旋量子比特的泡利自旋阻塞讀取，觀測到多能級的電偶極自旋共振譜。通過調節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540兆赫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于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重要研究基礎。
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