硅基量子芯片中自旋轨道耦合强度高效调控实现

陈小将

科技日报合肥5月4日电（记者吴长锋）记者4日从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队郭国平教授、李海欧教授等人与合作者携手，在硅基锗空穴量子点中实现了自旋轨道耦合强度的高效调控，这对该体系实现自旋轨道开关以及提升自旋量子比特的品质具有重要的指导意义。研究成果日前在线发表在国际应用物理知名期刊《应用物理评论》上。
　　硅基自旋量子比特具有较长的量子退相干时间以及高操控保真度，是未来实现量子计算机的有力候选者。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足够快的操控速率。由于传统的比特操控方式电子自旋共振受到加热效应的限制，其翻转速率较慢。当体系中存在较强的自旋轨道耦合时，理论和实验研究都表明可以利用电偶极自旋共振实现自旋比特的翻转，其翻转速率与自旋轨道耦合强度成正比，可以大大提高比特操控速率。
　　研究人员通过理论建模和数值分析，得到了体系内的自旋轨道强度。通过调节栅极电压并改变双量子点间的耦合强度，实现了体系中自旋轨道耦合强度的大范围调控。同时，研究表明，通过调节体系内的自旋耦合强度并改变纳米线的生长方向，既可以在动量空间找到一个自旋轨道耦合完全关闭的位置，也可以利用自旋轨道开关找到在实现比特超快操控速率的同时，使得比特保持较长的量子退相干时间的最佳操控点。
　　这一新发现为实现比特高保真度操控以及提升自旋量子比特的品质提供了重要的研究基础。