我國(guó)學(xué)者量子計(jì)算研究獲新進(jìn)展：實(shí)現(xiàn)三量子點(diǎn)半導(dǎo)體比特高效調(diào)控

近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在半導(dǎo)體量子計(jì)算芯片研究方面取得新進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室郭國(guó)平研究組創(chuàng)新性地引入第三個(gè)量子點(diǎn)作為控制參數(shù)，在保證新型雜化量子比特相干性的前提下，極大地增強(qiáng)了雜化量子比特的可控性。國(guó)際應(yīng)用物理學(xué)頂級(jí)期刊《應(yīng)用物理評(píng)論》日前發(fā)表了該成果。

開發(fā)與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝兼容的電控量子芯片是量子計(jì)算機(jī)研制的重要方向之一。由于固態(tài)系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，存在著電荷噪聲、核磁場(chǎng)等各種退相干機(jī)制，不同形式的編碼方式都有一定局限，比特的超快操控與長(zhǎng)相干往往不可兼得。郭國(guó)平研究組2016年首次在砷化鎵半導(dǎo)體雙量子點(diǎn)芯片中實(shí)現(xiàn)了量子相干特性好、操控速度快、可控性強(qiáng)的電控新型編碼量子比特，將傳統(tǒng)電荷量子比特的品質(zhì)因子提高了10倍以上。

近期，為了提高雜化量子比特能級(jí)可控性，研究人員將非對(duì)稱思想進(jìn)一步運(yùn)用到三量子點(diǎn)系統(tǒng)，將原有的雙量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展成線性耦合三量子點(diǎn)系統(tǒng)。他們通過(guò)理論計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中間量子點(diǎn)與其兩側(cè)量子點(diǎn)耦合強(qiáng)度非對(duì)稱時(shí)，電子在雙量子點(diǎn)中演化的能級(jí)結(jié)構(gòu)可以被第三個(gè)量子點(diǎn)高效地“間接”調(diào)控。在實(shí)驗(yàn)中，他們首先通過(guò)半導(dǎo)體納米加工工藝精確制備出非對(duì)稱耦合三量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，再利用電子的原子殼層結(jié)構(gòu)填充原理，巧妙地化解多電子能級(jí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性這一難題，構(gòu)造了具有準(zhǔn)平行能級(jí)的雜化量子比特。在保證比特相干時(shí)間的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)第三個(gè)量子點(diǎn)的電極電壓，清晰地觀察到比特能級(jí)在2至15GHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

高效調(diào)控量子點(diǎn)系統(tǒng)能級(jí)是半導(dǎo)體量子計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)問題，該工作不僅為雜化量子比特的可控性問題提供了一個(gè)可能的解決方案，也為半導(dǎo)體量子計(jì)算提供了一種新調(diào)控思路。

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