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创世界纪录！中国科大实现半导体量子比特的超快操控

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来源：中科院量子信息重点实验室
中国科学技术大学郭光灿院士团队在硅基半导体自旋量子比特操控研究中取得重要进展 。该团队郭国平教授、李海欧研究员与中科院物理所张建军研究员等人，和美国、澳大利亚的研究人员以及本源量子计算公司合作，实现了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻转速率超过540MHz，是目前国际上已报道的最高值 。研究成果以于1月11日在线发表在国际知名期刊《自然?通讯》上 。
硅基半导体自旋量子比特以其长量子退相干时间和高操控保真度，以及与现代半导体工艺技术兼容的高可扩展性，成为量子计算研究的核心方向之一 。高操控保真度要求比特在拥有较长的量子退相干时间的同时具备更快的操控速率 。利用电子自旋共振方式实现自旋比特翻转的方案，比特操控速率较慢，研究人员发现，利用电偶极自旋共振可以实现更快速率的自旋比特操控 。电偶极自旋共振主要通过嵌入器件中的微磁体结构所产生的“人造自旋轨道耦合”来实现，这使得自旋量子比特感受到了更强的电荷噪声，从而降低了自旋量子比特的退相干时间，同时降低了自旋量子比特阵列的平均操控保真度，阻碍了硅基自旋量子比特单元的二维扩展 。一种可行的有效方案是使用材料中天然存在的自旋轨道耦合进行自旋量子比特操控 。
【创世界纪录！中国科大实现半导体量子比特的超快操控】硅基量子点中的空穴载流子处于P轨道态，因而天然具有强的本征自旋轨道耦合效应和弱的超精细相互作用 。利用电偶极自旋共振技术，通过一个交变电场就可以实现对空穴自旋量子比特的全电学控制，大大简化了量子比特的制备工艺，有利于实现硅基自旋量子比特单元的二维扩展 。鉴于此，近几年硅基空穴体系中自旋轨道耦合研究和实现超快自旋量子比特操控成为领域关注的热点 。

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