“我首次实现硅基自旋量子比特寿命的高效调控”

本篇文章743字，读完约2分钟

科学技术日报记者吴长锋

据中国科学大学介绍，郭光翠院士团队与合作者合作，通过改变国际上首次施加的磁场和硅片的晶体方向的相对方向，将自旋量子位寿命提高了两个多数量级。 这项研究成果日前在国际物理学知名期刊《物理学评论快报》上发表。 文案被选为推荐，并在美国物理学会的在线网站上精选报道。

硅基自旋量子位以其超长的量子干涉时间和与现代半导体工艺技术兼容的高扩展性，成为量子计算研究的核心方向之一。 intel、cea-leti、imec等国际巨头开始参与硅基半导体量子计算的研究。 然而，硅量子点天然存在底部水平，有时自旋和底部水平混合(自旋-底部混合)，受器件噪声的影响，自旋量子位的弛豫时间和回退时间大幅降低，自旋量子位的操作保真度受到限制。 在特定的磁场大小下，自旋-谷混合效应将自旋量子位弛豫时间从1毫秒以下迅速降低到1微秒，形成自旋位弛豫速度的“热点”。 如果比特数增加，则该现象在比特阵列中出现“坏点”的概率大幅增加，阻碍了硅系自旋量子比特的进一步扩展。

科学家通过制作优质的simos量子点，实现了自旋量子位的单发读出，以该测量技术为基础，研究了外加磁场强度和方向对自旋量子位弛豫速度的影响。 研究表明，当外加的面内磁场达到某一特定立场时，“热点”附近的自旋弛豫速度迅速“冷却”，下降100倍以上，自旋弛豫时间从不足1毫秒增加到100毫秒以上。 另外，“热点”附近的自旋弛豫时间各向异性在增加场强后仍能保持100倍的强度，这一特征为优化硅基自旋量子位的读取、操作和多位扩展提供了新的方向。

审稿人高度评价说:“该事业对阐明物理机制、寻找控制硅量子点自旋自由度的最佳工作场所这一实际问题的处理做出了重要贡献……将对自旋、谷、轨道等自由度相互作用的物理理解提高到了新的水平。”