我国实现硅基自旋量子比特的超快操控，速率创国际最高记录

国内半导体量子计算再迎新进展！

中国科学技术大学郭光灿院士团队与美国、澳大利亚研究人员及本源量子共同合作，实现硅基自旋量子比特的超快操控，自旋翻转速率超过540MHz——是目前国际上已报道的最高值。研究论文发表在1月11日的《自然⋅通讯》期刊上。

半导体量子计算是当前国际上热门的主流研究、应用方向。英特尔、台积电等公司，以及欧洲、澳大利亚都在部署这一重点技术路线。此次研究成果中提及的“高操控的保真度”对于全球研究人员来说，都具有挑战性。“高操控保真度”要求量子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。

实验装置和EDSR光谱

我国团队在基本温度为10 mK（绝对零度以上0.01度）的牛津Triton稀释制冷机中进行实验，通过优化器件性能，在耦合强度高度可调的双量子点中完成了自旋量子比特的泡利自旋阻塞读取，观测到了多能级的电偶极自旋共振谱。通过调节不同的自旋翻转模式，在100 mT（毫特斯拉）的磁场下，实现了速率超过 540 MHz的自旋量子比特的超快操控，创下了半导体系统中超快自旋量子比特控制的最高记录。

据论文摘要，运算速度和相干时间是衡量量子比特能力的两个核心指标。强自旋轨道相互作用(SOI)和相对弱的超精细相互作用使锗(Ge)中的空穴，成为实现快速、全电相干控制自旋量子比特的重要候选。

微波功率为 9 dBm 时，自旋比特操控速率可达 542MHz

该研究结果表明，锗硅空穴自旋量子比特体系是实现全电控半导体量子计算的重要候选之一，可满足DiVincenzo准则对可扩展量子信息处理器的要求。这一成果为半导体量子计算的研究开拓了新领域。

论文显示，中科院量子信息重点实验室的博士后王柯和博士研究生徐刚为论文共同第一作者。本源量子首席科学家、中科院量子信息重点实验室郭国平教授和李海欧研究员、中科院物理所张建军研究员为论文共同通讯作者。

而早在十多年前，郭光灿院士与郭国平教授团队就着手研究硅基半导体量子计算，并收获了一系列研究成果。2017年9月份，两位教授共同创立本源量子，团队起源于中科院量子信息重点实验室。

2021年，该团队就已取得多项进展：利用微波超导谐振腔，实现对半导体双量子点的激发能谱测量；利用微波谐振腔，探测半导体量子点受微波驱动调制的干涉新现象；将机器学习应用于量子计算，有效提升了量子芯片的读取保真度，并大幅度抑制读取串扰效应。