我国学者量子计算研究获新进展

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中国证券报新华社1月2日报道，近日，由中国科技大学郭广灿院士领导的中国科学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。实验室的郭研究小组创新性地引入了第三量子点作为控制参数，在保证新的混合量子比特相干性的前提下，极大地增强了混合量子比特的可控性。国际顶级应用物理学杂志《应用物理学评论》最近发表了这一成果。

开发与现代半导体技术兼容的电控量子芯片是量子计算机研究的重要方向之一。由于固态系统的复杂环境，存在电荷噪声和核磁场等多种退相干机制，不同的编码方法有一定的局限性，因此超快比特操作和长期干扰往往不兼容。2016年，郭课题组在半导体双量子点芯片上首次实现了一种量子相干性好、操控速度快、可控性强的新型电控编码量子比特，将传统电荷量子比特的品质因数提高了10倍以上。

最近，为了提高混合量子比特能级的可控性，研究者们进一步将非对称的思想应用到三重量子点系统中，并将原来的双量子点结构扩展为线性耦合的三重量子点系统。通过理论计算和分析，他们发现当中间量子点与其两个量子点之间的耦合强度不对称时，双量子点中电子演化的能级结构可以被第三量子点有效地间接控制。在实验中，他们首先利用半导体纳米加工技术精确制备了不对称耦合的三个量子点，然后利用电子原子壳层结构的填充原理巧妙地解决了多电子能级结构的复杂性问题，构建了准平行能级的混合量子比特。在保证比特相干时间的条件下，通过调节第三量子点的电极电压，可以清楚地观察到比特能级可以从2 GHz连续调节到15ghz。

有效控制量子点系统的能级是半导体量子计算领域的一个难题。这项工作不仅为混合量子比特的可控性问题提供了一种可能的解决方案，而且为半导体量子计算提供了一种新的控制思想。