根据科学技术大学的官方网站，郭光灿院士的团队在硅基的半导体自旋量子比特控制研究方面取得了重要进展，为硅基的自旋量子比特的超快控制创造了世界纪录。
郭国平教授、李海欧研究员、中国科学院物理研究所张建军研究员、美国和澳大利亚的其他研究人员以及本元量子计算公司实现了硅基自旋量子比特的超快操纵，自旋翻转速率超过540mhz，这是世界上报道的最高值。
这项研究结果题为“锗量子点中空穴自旋量子位的超快相干控制”，于1月11日在线发表在一本国际知名杂志上《自然⋅通讯》来吧
硅基半导体自旋量子比特以其长量子退相干时间、高操纵保真度和与现代半导体技术兼容的高可扩展性成为量子计算研究的核心方向之一。
高操纵保真度要求比特具有更长的量子退相干时间和更快的操纵速率。传统方案利用电子自旋共振实现自旋比特翻转，操作速度慢。研究人员发现，使用电偶极子自旋共振可以实现更快的自旋操纵。
一种方案是通过嵌入器件的微磁体结构产生的“人工自旋轨道耦合”实现电偶极自旋共振，但这会使自旋量子比特感受到更强的电荷噪声，为了减少自旋量子比特的退相干时间，降低自旋量子比特阵列的平均操纵保真度，阻碍了硅基自旋量子比特单元的二维扩展。
另一个有效的方案是利用材料中的自然自旋轨道耦合进行自旋量子比特操纵。
硅基锗量子点中的空穴载流子处于p轨道态，因此它们具有很强的本征自旋轨道耦合效应和很弱的超精细相互作用。
利用电偶极自旋共振技术，只需一个交变电场，就可以实现空穴自旋量子比特的全电子控制，大大简化了量子比特的制备过程，有利于硅基自旋量子比特单元的二维扩展。
鉴于此，近年来，对硅基锗空穴系统自旋轨道耦合的研究以及超快自旋量子比特操纵的实现成为该领域关注的焦点。
自旋轨道耦合场的方向将影响比特的操纵率和比特初始化与读取的保真度。因此，测量和确定自旋轨道耦合场的方向是实现高保真自旋量子比特的首要任务。
2021，研究小组首次实现了硅基锗量子线空穴量子点中朗道g因子张量和自旋轨道耦合场方向的测量和调节[NooLeter21，338～3842（2021）]。
在此基础上，李海欧等人进一步优化了器件性能，在耦合强度高度可调的双量子点上完成了泡利自旋阻断读取自旋量子比特，并观测了多能级电偶极自旋共振谱。
通过调整和选择共振谱中显示的不同自旋翻转模式，实现了自旋翻转速率超过540mhz的自旋量子比特超快操纵。
通过建模和分析，研究人员发现，超快自旋量子比特操纵率的主要贡献来自系统的强自旋轨道耦合效应（超短自旋轨道耦合长度）。
结果表明，硅基Ge空穴自旋量子比特是实现全电子控制比特量子操控和扩展的重要候选系统，为硅基半导体量子计算奠定了重要的研究基础。
图1（a）硅基锗量子线孔双量子点和自旋比特操控示意图，（b）自旋比特翻转率随微波功率的增加而增加，（c）当微波功率为9dbm时，自旋比特操控率可达542mhz。
中国科学院量子信息重点实验室博士后王柯和博士生徐刚（毕业）是本文的第一作者。郭国平教授、中国科学院量子信息重点实验室研究员李海欧和中国科学院物理研究所研究员张建军是本文的共同通讯员。
这项工作得到了科技部、中国国家基金会、中国科学院和安徽省的支持。研究者李海欧得到了中国科技大学仲英青年学者计划的支持。
纸质链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27880-7
