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06-18
中国科学技术大学中国科学技术大学郭光灿院士团队硅基半导体锗纳米线量子芯片研究取得重要进展。
郭国平、李海鸥等人团队与中科院物理研究所张建军、本源量子计算有限公司合作，实现了朗道g因子张量和自旋量的测量与控制。
首次研究了硅基锗空穴量子点的轨道耦合场方向。
对于系统更好地实现自旋量子位操控和寻找马约拉纳费米子具有重要的指导意义。
该研究成果以“Anisotropic - Factor and Spin-Orbit Fieldina Germium Hut Wire Double Quantum Dot”为题发表在5月12日出版的国际知名期刊《纳米器件物理》《Nano Letters》上。
-轨道耦合一直是半导体量子计算和拓扑量子计算领域的热门话题。
半导体材料中的自旋轨道相互作用可以耦合粒子自旋和轨道的两个自由度。
该机制用于实现自旋电子器件、自旋量子位操纵和寻找马约拉纳费米子。
起着决定性的作用。
在半导体自旋量子位的操控研究中，现有的自旋量子位操控方法依赖于样品制备中集成的微波天线或微磁体，它们可以产生人工调制的磁场。
这使得量子位的大规模扩展成为可能，但在可寻址性和芯片结构制造方面存在限制。
同时，微磁体结构会导致自旋量子位感受到更强的电荷噪声，导致自旋量子位的退相干时间减少。
因此，一个可行的解决方案是利用材料中存在的自旋轨道耦合来实现全电自旋量子位操控。
具体针对一维硅基锗纳米线空穴量子点，由于空穴载流子系统中存在很强的自旋轨道耦合，我们可以利用电偶极子自旋共振技术施加交流电。
该电场实现了自旋量子位的全电控，大大简化了量子位的制备过程，有利于硅基量子计算自旋位单元的二维展开。
在自旋轨道耦合的电偶极子自旋共振控制模式中，比特操纵速率与自旋轨道耦合强度成正比。
因此，我们可以通过改变外部电场来增强自旋轨道耦合强度，以实现更快的比特操纵速率。
此外，自旋轨道耦合场的方向也会影响自旋量子位的操纵速率以及位初始化和读取的保真度。
因此，在利用自旋轨道耦合实现自旋量子位操控时，确定和控制自旋轨道耦合场的方向就显得尤为重要。
李海鸥、郭国平等人在制备的高质量硅基锗空穴载流子双量子点中观察了自旋阻挡效应，并测量了自旋阻挡区自旋弛豫引起的漏电流。
通过理论分析，研究人员获得了系统的强各向异性g因子张量，并确定自旋轨道耦合场的方向位于锗纳米线衬底表面内部，并与锗纳米线衬底接触。
纳米线的方向为59°，表明除了垂直于锗纳米线的Rashba自旋轨道耦合外，沿纳米线方向还存在Dresselhaus自旋轨道耦合，这可能是由界面不对称引起的。
我们可以改变纳米线的生长方向，使上述两个自旋轨道耦合方向相反且大小相等，从而实现自旋轨道耦合的切换。
当系统处于“最佳点”（即自旋轨道耦合完全关闭）时，自旋轨道耦合完全关闭。
自旋轨道耦合引起的退相干过程将被极大抑制，自旋量子比特的退相干时间将得到有效延长。
这一发现为系统在自旋量子位的制备和操控研究中进一步延长位的退相干时间同时保持超快位操控速率提供了新思路，为全电控大规模硅基量子比特的制备和操控提供了基础。
自旋量子位。
位芯片的研究奠定了物理基础。
中国科学院量子信息重点实验室郭国平教授和李海鸥研究员为该论文的共同通讯作者。
中国科学院量子信息重点实验室博士生张婷、刘鹤和中国科学院物理研究所博士后高飞为该论文的共同第一作者。
该工作得到了科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、安徽省、中国科学技术大学的资助。
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