硅基量子芯片中自旋軌道耦合強(qiáng)度高效調(diào)控實(shí)現(xiàn)

科技日?qǐng)?bào)合肥5月4日電 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者4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、李海歐教授等人與合作者攜手，在硅基鍺空穴量子點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)了自旋軌道耦合強(qiáng)度的高效調(diào)控，這對(duì)該體系實(shí)現(xiàn)自旋軌道開關(guān)以及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)際應(yīng)用物理知名期刊《應(yīng)用物理評(píng)論》上。

硅基自旋量子比特具有較長(zhǎng)的量子退相干時(shí)間以及高操控保真度，是未來實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的有力候選者。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)具備足夠快的操控速率。由于傳統(tǒng)的比特操控方式電子自旋共振受到加熱效應(yīng)的限制，其翻轉(zhuǎn)速率較慢。當(dāng)體系中存在較強(qiáng)的自旋軌道耦合時(shí)，理論和實(shí)驗(yàn)研究都表明可以利用電偶極自旋共振實(shí)現(xiàn)自旋比特的翻轉(zhuǎn)，其翻轉(zhuǎn)速率與自旋軌道耦合強(qiáng)度成正比，可以大大提高比特操控速率。

研究人員通過理論建模和數(shù)值分析，得到了體系內(nèi)的自旋軌道強(qiáng)度。通過調(diào)節(jié)柵極電壓并改變雙量子點(diǎn)間的耦合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了體系中自旋軌道耦合強(qiáng)度的大范圍調(diào)控。同時(shí)，研究表明，通過調(diào)節(jié)體系內(nèi)的自旋耦合強(qiáng)度并改變納米線的生長(zhǎng)方向，既可以在動(dòng)量空間找到一個(gè)自旋軌道耦合完全關(guān)閉的位置，也可以利用自旋軌道開關(guān)找到在實(shí)現(xiàn)比特超快操控速率的同時(shí)，使得比特保持較長(zhǎng)的量子退相干時(shí)間的最佳操控點(diǎn)。

這一新發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)比特高保真度操控以及提升自旋量子比特的品質(zhì)提供了重要的研究基礎(chǔ)。