北京時間07月07日消息，中國觸摸屏網訊，研究小組獲得了基于硅量子點的自旋量子比特壽命的高級控制
據報道，通過相對于硅晶片的晶軸調整外部磁場的方向，硅量子點中自旋壽命(弛豫時間)提高了兩個數量級。這一突破是由中國科學技術大學量子信息中科院重點實驗室的郭光燦院士帶領的團隊完成的，郭國平教授，李海鷗教授與他們的同事以及Origin Quantum Computing Company Limited。這項工作發表在2020年6月23日的《物理評論快報》上。
本文來自：http://www.zc28898.cn/lcd/news/dynamic/2020/0707/57667.html
基于硅量子點的自旋量子位因其長的相干時間以及與現代半導體技術的兼容性而成為大規模量子計算發展中的核心問題。最近放松時間Si MOS(金屬氧化物半導體)和Si / SiGe異質結構中形成的自旋量子位的相移時間分別超過了數百毫秒和數百微秒，導致單量子位控制保真度超過99.9%，而兩個量子位門的保真度超過98%。隨著學院的成功，行業中的實驗室和公司開始涉足這一領域，例如英特爾，CEA-Leti和IMEC。但是，硅量子點中谷值狀態(與特定電子能帶中的傾角相關的狀態)的存在會通過自旋谷混合嚴重降低自旋弛豫時間和移相時間，并限制了量子位的控制保真度。據報道，在一定的磁場下，自旋谷混合可以將自旋弛豫時間減少到小于一毫秒(在某些條件下甚至是一微秒)，這稱為自旋弛豫“熱點”。當量子位數量增加時，此現象將導致大量“壞”量子位，并阻止進一步擴展到更多的量子位。
抑制自旋谷混合的不利影響的傳統方法是增加波谷分裂的幅度，并將量子位推得足夠遠，以使自旋和波谷狀態不再混合。但是，由于谷值受材料中多種因素的影響(通常不均勻)，因此谷值分裂的幅度難以控制(尤其是在Si / SiGe異質結構中)。另一種方法是直接控制自旋谷混合的幅度。據報道，在GaAs量子點中，自旋軌道耦合的強度可通過面內磁場取向來調節，因此自旋弛豫時間延長。盡管如此，到目前為止，仍然沒有關于外部磁場方向如何影響硅中自旋谷混合強度的報道。
為了解決這個問題，李海鷗教授，郭國平教授及其同事制造了高質量的Si MOS量子點并實現了自旋量子位的單次讀出�；谶@種可靠的技術，他們研究了外部磁場的強度和方向對自旋弛豫速率的影響。他們發現當面內的外部磁場如果以一定角度定向，則可以將自旋弛豫“熱點”“冷卻”兩個數量級，從而將弛豫時間從不到一毫秒增加到一百多毫秒。這種巨大的變化表明自旋谷混合得到了有效抑制，這為今后如何擺脫自旋谷混合的自旋量子比特奠定了基礎。研究人員還發現，當電場變化時，各向異性仍可能超過兩個數量級。這表明各向異性大小在一定范圍內與電場無關，可以應用于包含不同局部電場的量子位陣列，這應該為優化讀數提供新的方向，
這項工作受到匿名裁判的高度評價，他說：“這項工作為揭示潛在現象和解決發現最佳工作條件以利用硅量子點的自旋自由度做出了實際貢獻，”和“本手稿中的研究代表了為實現量子點中的自旋弛豫各向異性而進行的為數不多的廣泛研究之一，并提供了潛在的新方法來探索谷間和谷內自旋混合機制的各向異性，”和“這項工作將自旋，谷底和軌道自由度的相互作用帶入了一個新的高度。”
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