我國學(xué)者量子計算研究獲新進(jìn)展：實(shí)現三量子點(diǎn)半導體比特高效調控

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

　　開(kāi)發(fā)與現代半導體工藝兼容的電控量子芯片是量子計算機研制的重要方向之一。由于固態(tài)系統環(huán)境復雜，存在著(zhù)電荷噪聲、核磁場(chǎng)等各種退相干機制，不同形式的編碼方式都有一定局限，比特的超快操控與長(cháng)相干往往不可兼得。郭國平研究組2016年首次在砷化鎵半導體雙量子點(diǎn)芯片中實(shí)現了量子相干特性好、操控速度快、可控性強的電控新型編碼量子比特，將傳統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可控性，研究人員將非對稱(chēng)思想進(jìn)一步運用到三量子點(diǎn)系統，將原有的雙量子點(diǎn)結構擴展成線(xiàn)性耦合三量子點(diǎn)系統。他們通過(guò)理論計算分析發(fā)現，當中間量子點(diǎn)與其兩側量子點(diǎn)耦合強度非對稱(chēng)時(shí)，電子在雙量子點(diǎn)中演化的能級結構可以被第三個(gè)量子點(diǎn)高效地“間接”調控。在實(shí)驗中，他們首先通過(guò)半導體納米加工工藝精確制備出非對稱(chēng)耦合三量子點(diǎn)結構，再利用電子的原子殼層結構填充原理，巧妙地化解多電子能級結構復雜性這一難題，構造了具有準平行能級的雜化量子比特。在保證比特相干時(shí)間的情況下，通過(guò)調節第三個(gè)量子點(diǎn)的電極電壓，清晰地觀(guān)察到比特能級在2至15GHz范圍內連續可調。

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