新华社合肥1月2日电(记者徐海涛)近期,中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在半导体量子计算芯片研究方面取得新进展。实验室郭国平研究组创新性地引入第三个量子点作为控制参数,在保证新型杂化量子比特相干性的前提下,极大地增强了杂化量子比特的可控性。国际应用物理学顶级期刊《应用物理评论》日前发表了该成果。

开发与现代半导体工艺兼容的电控量子芯片是量子计算机研制的重要方向之一。由于固态系统环境复杂,存在着电荷噪声、核磁场等各种退相干机制,不同形式的编码方式都有一定局限,比特的超快操控与长相干往往不可兼得。郭国平研究组2016年首次在砷化镓半导体双量子点芯片中实现了量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特,将传统电荷量子比特的品质因子提高了10倍以上。

近期,为了提高杂化量子比特能级可控性,研究人员将非对称思想进一步运用到三量子点系统,将原有的双量子点结构扩展成线性耦合三量子点系统。他们通过理论计算分析发现,当中间量子点与其两侧量子点耦合强度非对称时,电子在双量子点中演化的能级结构可以被第三个量子点高效地“间接”调控。在实验中,他们首先通过半导体纳米加工工艺精确制备出非对称耦合三量子点结构,再利用电子的原子壳层结构填充原理,巧妙地化解多电子能级结构复杂性这一难题,构造了具有准平行能级的杂化量子比特。在保证比特相干时间的情况下,通过调节第三个量子点的电极电压,清晰地观察到比特能级在2至15GHz范围内连续可调。

高效调控量子点系统能级是半导体量子计算领域的一个难点问题,该工作不仅为杂化量子比特的可控性问题提供了一个可能的解决方案,也为半导体量子计算提供了一种新调控思路。