“量子芯片”是未來量子計(jì)算機(jī)的“大腦”。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭國平研究組，在量子芯片開發(fā)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要進(jìn)展，首次在砷化鎵半導(dǎo)體量子芯片中成功實(shí)現(xiàn)了量子相干特性好、操控速度快、可控性強(qiáng)的電控新型編碼量子比特。該成果近日在國際權(quán)威雜志《物理評論快報(bào)》發(fā)表。

郭國平研究組多年來致力于半導(dǎo)體量子芯片的開發(fā)，沿著電荷編碼量子比特實(shí)現(xiàn)超快量子計(jì)算路線圖，2013年來已經(jīng)先后實(shí)現(xiàn)電荷編碼超快普適單量子比特邏輯門和兩量子比特控制非邏輯門。但是，相比自旋編碼量子比特，電荷量子比特缺少長相干特性，如何繼續(xù)探索延長電荷編碼比特相干時(shí)間的新方法，在保證量子比特超快操控速度的同時(shí)，獲得與自旋編碼量子比特同樣的長相干特性，是研究組需要解決的一個(gè)核心問題。

研究組利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多電子態(tài)軌道的非對稱特性，首次在砷化鎵半導(dǎo)體系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了軌道雜化的新型量子比特，巧妙地將電荷量子比特超快特性與自旋量子比特的長相干特性融為一體，實(shí)現(xiàn)了“魚”和“熊掌”的兼得。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該新型量子比特在超快操控速度方面與電荷量子比特類似，而其量子相干性方面，卻比一般電荷編碼量子比特提高近10倍。同時(shí)，該新型多電子軌道雜化實(shí)現(xiàn)量子比特編碼和調(diào)控的方式具有很強(qiáng)的通用性，對探索半導(dǎo)體中極性聲子和壓電效應(yīng)對量子相干特性的影響提供了新思路。