記者從中國科大獲悉郭光燦院士團(tuán)隊(duì)與合作者合作，在國際上首次通過改變外加磁場與硅片晶向的相對(duì)方向，將自旋量子比特壽命提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。該研究成果日前在國際物理學(xué)知名期刊《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上。文章入選編輯推薦，并被美國物理學(xué)會(huì)旗下在線網(wǎng)站進(jìn)行了精選報(bào)道。

硅基自旋量子比特以其超長的量子退相干時(shí)間，以及與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝技術(shù)兼容的高可擴(kuò)展性，成為量子計(jì)算研究的核心方向之一。包括Intel、CEA-Leti、IMEC等國際巨頭都開始參與硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算研究。然而，硅基量子點(diǎn)中天然存在谷能級(jí)，在某些情況下自旋和谷能級(jí)會(huì)發(fā)生相互混合(自旋-谷混合)，在器件噪聲的影響下會(huì)大幅降低自旋量子比特的弛豫時(shí)間和退相干時(shí)間，從而限制自旋量子比特的操控保真度。在特定磁場大小下，自旋-谷混合效應(yīng)會(huì)迅速降低自旋量子比特弛豫時(shí)間到1毫秒以下甚至到1微秒，形成自旋比特弛豫速率的“熱點(diǎn)”。在比特?cái)?shù)目增加后，這一現(xiàn)象會(huì)使比特陣列中出現(xiàn)“壞點(diǎn)”的幾率大大增加，阻礙了硅基自旋量子比特的進(jìn)一步擴(kuò)展。

科研人員通過制備高質(zhì)量的SiMOS量子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了自旋量子比特的單發(fā)讀出，并以此測量技術(shù)為基礎(chǔ)，研究了外加磁場強(qiáng)度和方向?qū)ψ孕孔颖忍爻谠ニ俾实挠绊?。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施加的面內(nèi)磁場到達(dá)某一特定角度時(shí)，“熱點(diǎn)”附近的自旋弛豫速率可以被迅速“冷卻”，降低100倍以上，同時(shí)自旋弛豫時(shí)間從不到1毫秒增加到100毫秒以上。同時(shí)，“熱點(diǎn)”附近自旋弛豫時(shí)間的各向異性在增加電場強(qiáng)度后，仍可以保持100倍的強(qiáng)度，這一特性為優(yōu)化硅基自旋量子比特的讀出、操控以及多比特?cái)U(kuò)展提供了新的方向。

審稿人的高度評(píng)價(jià)：“這個(gè)工作對(duì)于闡明物理機(jī)制和解決尋找操控硅量子點(diǎn)中自旋自由度的最優(yōu)工作點(diǎn)這種實(shí)際問題做出了重要貢獻(xiàn)……使得對(duì)自旋、谷和軌道等自由度的相互作用的物理理解被提高到了一個(gè)新的高度”。