硅基半导体自旋量子比特实现超快操控

展全思梦 2025-11-03 11:26:44

硅基半导体自旋量子比特实现超快操控

硅基半导体自旋量子比特实现超快操控 字体： 小 中 大 分享到： 硅基半导体自旋量子比特实现超快操控 2022-01-17 08:40:05 来源：科技日报

记者16日从中国科学技术大学获悉，郭光灿院士团队郭教授与国内外研究人员合作，实现了硅基自旋量子比特的超快速操控，其自旋翻转率超过540MHz(兆赫)，是目前国际上报道的最高值。该研究成果日前在线发表在国际期刊《自然·通讯》上。

硅基自旋量子比特具有量子退相干时间长、操控保真度高、与现代半导体工艺兼容的高可扩展性等优点，成为量子计算研究的核心方向之一。高操纵保真度要求比特具有更长的量子退相干时间和更快的操纵速率。在传统方案中，利用电子自旋共振实现自旋比特翻转，比特操纵速率较慢。近年来，硅基Ge 空腔系统中自旋轨道耦合的研究和超快自旋量子比特操纵的实现成为热点。

由于自旋轨道耦合场的方向会影响自旋比特的操纵速率以及比特初始化和读取的保真度，因此测量和确定自旋轨道耦合场的方向是实现高保真自旋量子比特的首要任务。研究人员进一步优化了器件性能，完成了耦合强度高度可调的双量子点中自旋量子位的泡利自旋阻断读取，并观测到了多能级电偶极子自旋共振谱。通过调整和选择共振谱中显示的不同自旋翻转模式，自旋翻转率超过540MHz的自旋量子比特可以非常快速地运行。

通过建模和分析，研究人员揭示了超快自旋量子位操纵速率的主要贡献来自于系统的强自旋轨道耦合效应。研究结果表明，Si基Ge 空空穴的自旋量子位是实现全可控量子位操纵和扩展的重要候选系统，为Si基半导体的量子计算奠定了重要的研究基础。(记者吴长锋)

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