半导体量子芯片研究 创新性地引入第三个量子点

1月12日从科技部获悉,在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项项目“半导体量子芯片”的支持下,中国科学技术大学郭国平教授研究组在半导体量子芯片中,创新性地引入第三个量子点作为控制参数,在保证新型杂化量子比特相干性的前提下,成功实现了量子比特能级的连续调节,极大地增强了杂化量子比特的可控性。

半导体量子芯片研究
半导体量子比特调控

该研究组2016年利用量子点的非对称性,构建电子与自旋杂化态,首次在砷化镓半导体双量子点芯片中实现了量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特,将电荷量子比特超快特性与自旋量子比特的长相干特性融为一体,把传统电荷量子比特的品质因子(相干时间与操控速度的比值)提高了十倍以上。

为了提高杂化量子比特能级可控性,研究人员将非对称思想进一步运用到三量子点系统,将原有的双量子点结构扩展成线性耦合三量子点系统。利用电子的原子壳层结构填充原理,巧妙地化解了多电子能级结构复杂性这一难题,构造了具有准平行能级的杂化量子比特。在保证比特相干时间的情况下,通过调节第三个量子点的电极电压,清晰地观察到比特能级在2~15GHz范围内连续可调。

高效调控量子点系统能级是半导体量子计算领域的一个难点问题,该工作不仅为杂化量子比特的可控性问题提供了一个可能的解决方案,也为半导体量子计算提供了一种新的调控思路。相关研究成果发表在2017年12月29日出版的《PhysicsReviewApplied》上,审稿人高度评价这个工作是基于自旋量子计算方面的一个重要进展,同时为多电子量子点器件的研究提供了新视野。