本源量子助力我国实现硅基半导体自旋量子比特的超快操控

国内半导体量子计算又有新进展！本源量子与中国科学技术大学郭光灿院士团队郭国平教授、李海欧研究员、中科院物理所张建军研究员等人和美国、澳大利亚的研究人员共同合作，实现了硅基自旋量子比特的超快操控，其自旋翻转速率超过540MHz。这也是目前为止，国际上已报道的最高值。研究成果以“Ultrafast coherent control of a hole spin qubit in a germanium quantum dot”为题，于2022年1月11日在线发表在国际知名期刊《自然⋅通讯》上。

国内唯一开展硅基半导体量子计算工程化的团队

提到硅基半导体路径的量子计算，在中国，不得不提的就是本源量子。本源量子除了在低温超导量子计算领域布局，也是国内唯一同时开展硅基半导体量子计算工程化的团队。

众所周知，本源量子一直致力于超导与硅基半导体两条兼容半导体产线工艺的量子计算芯片的研发，并且从芯片、测控系统到操作系统，应用软件和云平台进行了整机全栈式布局的量子计算龙头研发企业。

早在十多年前，郭光灿院士与郭国平教授团队就已经进入硅基半导体量子计算研究的领域，并收获了一系列的研究成果。仅2021年，该团队就取得了众多进展。如利用微波超导谐振腔实现了对半导体双量子点的激发能谱测量，利用微波谐振腔探测到了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。2021年4月，本源量子更是创新型地与晶合科技合作，建立了国内首个量子计算芯片联合实验室，引领着硅基半导体这个方向的发展。这些成果将助力本源量子公司构建自主产权的工程化半导体量子计算机。

开拓新领域实现硅基半导体自旋量子比特的超快操控

再来看一看这一次发表在《自然·通讯》上的科技成果。半导体量子计算是当前国际上热门并且主流的研究、应用方向，包括大家熟知的英特尔，台积电等，欧洲和澳大利亚也都在重点部署这一技术路线。该成果中提到的“高操控的保真度”对于全世界的研究人员来说，都是真挑战。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。该团队进一步优化器件性能，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。通过调节和选择不同的自旋翻转模式，实现了自旋翻转速率超过 540 MHz 的自旋量子比特超快操控。这也是目前为止，国际上已报道的最高值。研究成果以“Ultrafast coherent control of a hole spin qubit in a germanium quantum dot”为题，于2022年1月11日在线发表在国际知名期刊《自然⋅通讯》上。

(a) 锗硅纳米线空穴双量子点和自旋比特操控示意图

(b) 自旋比特翻转速率随微波 功率增加而增加

(c) 微波功率为 9 dBm 时，自旋比特操控速率可达 542MHz

此次技术成果通过建模分析，揭示了超快自旋量子比特操控速率的主要贡献，来自于该体系的强自旋轨道耦合效应(超短的自旋轨道耦合长度)。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，为半导体量子计算研究开拓了一个新的领域。

据对外的发文显示，中科院量子信息重点实验室博士后王柯和博士研究生徐刚(已毕业)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。