近日，國内唯一(yī)同時開(kāi)展低溫超導和矽基半導體(tǐ)量子計算工(gōng)程化的本源量子團隊與中(zhōng)國科大(dà)及國内外(wài)團隊合作，在矽基半導體(tǐ)量子芯片研究中(zhōng)取得重要進展。

該研究實現了在矽基鍺空穴量子點中(zhōng)自旋軌道耦合強度的高效調控，這對該體(tǐ)系實現自旋軌道開(kāi)關以及提升自旋量子比特的品質具有重要的指導意義。研究成果近日在線發表在國際應用物(wù)理知(zhī)名期刊《應用物(wù)理評論》上。

當前，量子計算發展進入飛速期，各國研究團隊分(fēn)别通過超導電路、離(lí)子阱、半導體(tǐ)、金剛石色心，或者光子等各種介質來構建量子比特體(tǐ)系，實現量子計算。

在這些技術思路中(zhōng)，矽基自旋量子比特具有較長的量子退相幹時間以及高操控保真度，并且可以很好地與現代半導體(tǐ)工(gōng)藝技術兼容，是未來實現量子計算機的有力候選者。如果能夠用半導體(tǐ)技術來實現量子計算，量子計算機的後續部署将更加順利。在半導體(tǐ)量子計算研究中(zhōng)，量子比特的調控尤爲重要。

高操控保真度要求比特在擁有較長的量子退相幹時間的同時具備更快的操控速率。傳統方案利用電子自旋共振方式實現自旋比特翻轉，這種方式的比特操控速率較慢(màn)。研究人員(yuán)發現，利用電偶極自旋共振機制實現自旋比特翻轉，具備較快的操控速率。

同時，比特的操控速率與體(tǐ)系内的自旋軌道耦合強度成正相關，因此對體(tǐ)系内自旋軌道耦合效應的研究，可以爲實現自旋量子比特的高保真度操控提供重要的物(wù)理基礎。

研究人員(yuán)利用一(yī)維鍺納米線具有較強的自旋軌道耦合相互作用的特點，近年來開(kāi)展了一(yī)系列系統性的實驗研究。通過測量雙量子點中(zhōng)自旋阻塞區間漏電流的各向異性，首次在矽基鍺納米線的空穴量子點中(zhōng)實現了朗道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，2022年課題組利用電偶極自旋共振實現了國際上最快速率的自旋量子比特操控，翻轉速率可達540MHz。

爲了進一(yī)步研究矽基鍺納米線空穴體(tǐ)系中(zhōng)自旋軌道耦合機制并實現高度的可調性，課題組系統地測量了自旋阻塞區間漏電流随外(wài)磁場大(dà)小(xiǎo)和量子點能級失諧量的變化關系，通過理論建模和數值分(fēn)析，得到了體(tǐ)系内的自旋軌道強度。

通過調節栅極電壓并改變雙量子點間的耦合強度，實現了體(tǐ)系中(zhōng)自旋軌道耦合強度的大(dà)範圍調控。

同時研究人員(yuán)指出，在近期實現的新型圖形化可控生(shēng)長的一(yī)維鍺納米線體(tǐ)系中(zhōng)，由于其具有因界面不對稱引起的Dresselhaus自旋軌道耦合以及可以高效調節的直接Rashba自旋軌道耦合，我(wǒ)們可以通過調節體(tǐ)系内的自旋耦合強度并改變納米線的生(shēng)長方向，既可以在動量空間找到一(yī)個自旋軌道耦合完全關閉的位置，也可以利用自旋軌道開(kāi)關找到在實現比特超快操控速率的同時，使得比特保持較長的量子退相幹時間的最佳操控點。

這一(yī)發現爲實現比特高保真度操控以及提升自旋量子比特的品質提供了重要的研究基礎。本次研究結果表明，利用電偶極自旋共振機制可實現矽基自旋量子比特高效調控，也爲實現更高質量矽基半導體(tǐ)量子計算奠定了重要的研究基礎。