最新进展，中国科学技术学院郭光灿教授团队在硅基半导体载流子量子比特操控研究中取得飞越进展。
该团队由郭国平院士、李海欧研究员与中科院化学所张建军研究员等人和日本、澳大利亚的研究人员以及本源量子估算公司合作，实现了硅基载流子量子比特的超快操控锗与量子通讯，其载流子翻转速度超过，是目前国际上已报导的最高值。
研究成果以“ofaqubitinadot”为题，于1月11日在线发表在国际著名刊物《自然⋅通信》上[1]。
1.硅基半导体量子估算
硅基半导体载流子量子比特以其长量子退相干时间和高操控保真度，以及与现代半导体工艺技术兼容的高可扩充性，是量子估算研究的核心方向之一，同时也是量子机开发独具关注的一个方向。
业界著名的玩家，有法国新南威尔士学院量子估算与通信技术中心(CQC2T),过去她们就宣布成功解决了通过重新建立传统硅基微处理器的方法创造出一套完整的硅基量子估算芯片设计方案。
John院长曾是微软量子团队的灵魂人物，团队在其率领下推动微软实现了“量子霸权”，证明了量子计算机对于传统计算机的无与伦比的优越性，但前面还是选择了硅基半导体量子比特建立量子计算机的方向（阅：硅量子估算或迎来爆发期，微软前量子估算负责人John即将加入SQC）。
而就在一个月前，新的初创公司获得了约合人民币7182万的混和(赠款和股权)资金（阅：硅量子估算公司再获增资1000万美元），该公司也是主攻硅基量子方向。
而上文中提及的本源量子，公开资料显示该公司不仅在高温超导量子估算领域布局，也是国外惟一同时举办硅基半导体量子估算工程化的企业。
为此，郭光灿教授团队的研究成果也在推动着这一个方向的推动。
2.高操控保真度是真挑战
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度。借助电子载流子共振方法实现载流子比特翻转的方案，比特操控速度较慢，研究人员发觉，借助电偶极载流子共振可以实现更快速率的载流子比特操控。
电偶极载流子共振主要通过嵌入元件中的微磁极结构所形成的“人造载流子轨道耦合”来实现，这促使载流子量子比特感遭到了更强的电荷噪音，因而增加了载流子量子比特的退相干时间，同时增加了载流子量子比特阵列的平均操控保真度，妨碍了硅基载流子量子比特单元的二维扩充。
一种可行的有效方案是使用材料中天然存在的载流子轨道耦合进行载流子量子比特操控。
硅基量子点中的空穴自旋处于P轨道态，因此天然具有强的本征载流子轨道耦合效应和弱的超精细互相作用。借助电偶极载流子共振技术，通过一个交变电场就可以实现对空穴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锗与量子通讯，有利于实现硅基载流子量子比特单元的二维扩充。
鉴于此，近几年硅基空穴体系中载流子轨道耦合研究和实现超快载流子量子比特操控成为领域关注的热点。
载流子轨道耦合场的方向会影响载流子比特操控速度以及比特初始化与读取的保真度，检测并确定载流子轨道耦合场的方向是首要任务，研究组在2021年首次在锗硅纳火锅空穴量子点中实现了朗道g因子张量和载流子轨道耦合场方向的检测与调控[Nano21,3835-3842(2021)]。
在此基础上，李海欧等人进一步优化元件性能，在耦合硬度高度可调的双量子点中完成了载流子量子比特的泡利载流子阻塞读取，观测到了多基态的电偶极载流子共振谱。通过调节和选择不同的载流子翻转模式，实现了载流子翻转速度超过540MHz的载流子量子比特超快操控。
图1.(a)锗硅纳拉面空穴双量子点和载流子比特操控示意图，(b)载流子比特翻转速度随微波功率降低而降低，(c)微波功率为9dBm时，载流子比特操控速度可达。
研究人员通过建模剖析，阐明了超快载流子量子比特操控速度的主要贡献，来自于该体系的强载流子轨道耦合效应(超短的载流子轨道耦合宽度)。研究结果表明锗硅空穴载流子量子比特体系是实现全电控半导体量子估算的重要候选之一，为半导体量子估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(已结业)为论文共同第一作者。
中科院量子信息重点实验室郭国平院士、李海欧研究员和中科院化学所张建军研究员为论文共同通信作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科大学以及广东省的捐助。李海欧研究员得到了中国科学技术学院仲英青年学者项目的捐助。
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