來(lái)自中國(guó)農(nóng)大的消息顯示，中國(guó)農(nóng)大郭光燦教授團(tuán)隊(duì)郭國(guó)平、李海歐等人與中科院化學(xué)所張建軍和本源量子估算有限公司合作，在硅基半導(dǎo)體鍺納火鍋量子芯片研究中取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)首次在硅基鍺空穴量子點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)朗道g因子張量和載流子軌道耦合場(chǎng)方向的檢測(cè)與調(diào)控，對(duì)于該體系更好地實(shí)現(xiàn)載流子量子比特操控及找尋馬約拉納費(fèi)米子有著重要的指導(dǎo)意義。
據(jù)了解，近些年來(lái)，對(duì)載流子軌道耦合的研究仍然是半導(dǎo)體量子估算和拓?fù)淞孔庸浪阊芯康臒狳c(diǎn)。
半導(dǎo)體材料中的載流子軌道互相作用才能使粒子的載流子與軌道這兩個(gè)自由度耦合在一起，該機(jī)制在實(shí)現(xiàn)載流子電子學(xué)元件、自旋量子比特操控及找尋馬約拉納費(fèi)米子中起著舉足輕重的作用。
在半導(dǎo)體載流子量子比特操控研究中，現(xiàn)有的載流子量子比特的操控方法依賴(lài)于樣品制備中集成的微波天線或微磁極這種可以形成人造調(diào)制磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，這促使量子比特大規(guī)模擴(kuò)充時(shí)在可輪詢(xún)和芯片結(jié)構(gòu)制備方面深受阻礙同時(shí)，微磁極結(jié)構(gòu)會(huì)使載流子量子比特感遭到更強(qiáng)的電荷噪音鍺與量子通訊，致使載流子量子比特退相干時(shí)間的增加。
因而，一種可行的解決方案是用材料中存在的載流子軌道耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)全熱學(xué)的載流子量子比特操控。
對(duì)于一維硅基鍺納拉面空穴量子點(diǎn)而言，我們可以借助電偶極載流子共振技術(shù)，通過(guò)施加交變電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子量子比特的全熱學(xué)控制，大大簡(jiǎn)化了量子比特的制備工藝，有利于實(shí)現(xiàn)硅基量子估算載流子比特單元的二維擴(kuò)充；
其次，在載流子軌道耦合的電偶極載流子共振操控方法下鍺與量子通訊，比特的操控速度與載流子軌道耦合硬度成反比，因而我們可以通過(guò)改變外加電場(chǎng)的形式來(lái)提高載流子軌道耦合硬度因而實(shí)現(xiàn)更快的比特操控速度；
除此之外，載流子軌道耦合場(chǎng)的方向也會(huì)影響載流子量子比特的操控速度以及比特初始化與讀取的保真度。
因而，在借助載流子軌道耦合實(shí)現(xiàn)載流子量子比特操控時(shí)，確定和調(diào)控載流子軌道耦合場(chǎng)的方向變得尤為重要。
圖1.硅基鍺納拉面空穴雙量子點(diǎn)中g(shù)因子張量及載流子軌道耦合場(chǎng)方向。
研究團(tuán)隊(duì)在制備的高質(zhì)量的硅基鍺空穴自旋雙量子點(diǎn)中觀察到了載流子阻塞效應(yīng)，并在載流子阻塞區(qū)域檢測(cè)了由載流子弛豫造成的漏電壓大小隨磁場(chǎng)大小及磁場(chǎng)方向的變化關(guān)系，通過(guò)理論剖析，得到了該體系具有強(qiáng)各向異性的g因子張量，同時(shí)確定了載流子軌道耦合場(chǎng)的方向坐落鍺納火鍋襯底面內(nèi)并與鍺納火鍋方向成59°，以上發(fā)覺(jué)說(shuō)明體系中不僅存在垂直于鍺納火鍋的載流子軌道耦合，還存在著順著納拉面方向的可能是由界面不對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致的載流子軌道耦合。
研究過(guò)程中可以通過(guò)改變納拉面的生長(zhǎng)方向促使上述兩種載流子軌道耦合方向相反大小相等，因而實(shí)現(xiàn)載流子軌道耦合的開(kāi)關(guān)。
這一發(fā)覺(jué)對(duì)該體系在載流子量子比特制備與操控研究中，在保持超快比特操控速度的同時(shí)進(jìn)一步延長(zhǎng)比特的退相干時(shí)間提供了新的思路，為全電控規(guī)模化硅基載流子量子比特芯片研究奠定了化學(xué)基礎(chǔ)。
該成果于5月12日在國(guó)際納米元件化學(xué)著名刊物《Nano》上發(fā)表。中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭國(guó)平院士、李海歐研究員為論文共同通信作者，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生張庭、劉赫以及中科院化學(xué)研究所博士后高飛為論文共同第一作者。該工作得到了科技部、國(guó)家基金委、中國(guó)科大學(xué)、安徽省以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院的捐助。