“量子芯片”是未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的“大腦”。中國(guó)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(guó)平研究組，在量子芯片開(kāi)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(guó)際權(quán)威雜志《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表。

郭國(guó)平研究組多年來(lái)致力于半導(dǎo)體量子芯片的開(kāi)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(xiàn)圖，2013年來(lái)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(mén)和兩量子比特控制非邏輯門(mén)。但是，相比自旋編碼量子比特，電荷量子比特缺少長(zhǎng)相干特性，如何繼續(xù)探索延長(zhǎng)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(zhǎng)相干特性，是研究組需要解決的一個(gè)核心問(wèn)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(duì)稱(chēng)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(zhǎng)相干特性融為一體，實(shí)現(xiàn)了“魚(yú)”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(lèi)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(duì)探索半導(dǎo)體中極性聲子和壓電效應(yīng)對(duì)量子相干特性的影響提供了新思路。