来自中国农大的消息显示，中国农大郭光灿教授团队郭国平、李海欧等人与中科院化学所张建军和本源量子估算有限公司合作，在硅基半导体锗纳火锅量子芯片研究中取得重要进展。研究团队首次在硅基锗空穴量子点中实现朗道g因子张量和载流子轨道耦合场方向的检测与调控，对于该体系更好地实现载流子量子比特操控及找寻马约拉纳费米子有着重要的指导意义。
据了解，近些年来，对载流子轨道耦合的研究仍然是半导体量子估算和拓扑量子估算研究的热点。
半导体材料中的载流子轨道互相作用才能使粒子的载流子与轨道这两个自由度耦合在一起，该机制在实现载流子电子学元件、自旋量子比特操控及找寻马约拉纳费米子中起着举足轻重的作用。
在半导体载流子量子比特操控研究中，现有的载流子量子比特的操控方法依赖于样品制备中集成的微波天线或微磁极这种可以形成人造调制磁场的结构，这促使量子比特大规模扩充时在可轮询和芯片结构制备方面深受阻碍同时，微磁极结构会使载流子量子比特感遭到更强的电荷噪音锗与量子通讯，致使载流子量子比特退相干时间的增加。
因而，一种可行的解决方案是用材料中存在的载流子轨道耦合来实现全热学的载流子量子比特操控。
对于一维硅基锗纳拉面空穴量子点而言，我们可以借助电偶极载流子共振技术，通过施加交变电场实现对载流子量子比特的全热学控制，大大简化了量子比特的制备工艺，有利于实现硅基量子估算载流子比特单元的二维扩充；
其次，在载流子轨道耦合的电偶极载流子共振操控方法下锗与量子通讯，比特的操控速度与载流子轨道耦合硬度成反比，因而我们可以通过改变外加电场的形式来提高载流子轨道耦合硬度因而实现更快的比特操控速度；
除此之外，载流子轨道耦合场的方向也会影响载流子量子比特的操控速度以及比特初始化与读取的保真度。
因而，在借助载流子轨道耦合实现载流子量子比特操控时，确定和调控载流子轨道耦合场的方向变得尤为重要。
图1.硅基锗纳拉面空穴双量子点中g因子张量及载流子轨道耦合场方向。
研究团队在制备的高质量的硅基锗空穴自旋双量子点中观察到了载流子阻塞效应，并在载流子阻塞区域检测了由载流子弛豫造成的漏电压大小随磁场大小及磁场方向的变化关系，通过理论剖析，得到了该体系具有强各向异性的g因子张量，同时确定了载流子轨道耦合场的方向坐落锗纳火锅衬底面内并与锗纳火锅方向成59°，以上发觉说明体系中不仅存在垂直于锗纳火锅的载流子轨道耦合，还存在着顺着纳拉面方向的可能是由界面不对称性导致的载流子轨道耦合。
研究过程中可以通过改变纳拉面的生长方向促使上述两种载流子轨道耦合方向相反大小相等，因而实现载流子轨道耦合的开关。
这一发觉对该体系在载流子量子比特制备与操控研究中，在保持超快比特操控速度的同时进一步延长比特的退相干时间提供了新的思路，为全电控规模化硅基载流子量子比特芯片研究奠定了化学基础。
该成果于5月12日在国际纳米元件化学著名刊物《Nano》上发表。中科院量子信息重点实验室郭国平院士、李海欧研究员为论文共同通信作者，中科院量子信息重点实验室博士生张庭、刘赫以及中科院化学研究所博士后高飞为论文共同第一作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科大学、安徽省以及中国科学技术学院的捐助。