來自中國農(nóng)大的消息顯示，中國農(nóng)大郭光燦教授團(tuán)隊(duì)郭國平、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方向的檢測與調(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，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)，通過施加交變電場實(shí)現(xiàn)對(duì)載流子量子比特的全熱學(xué)控制，大大簡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，因而我們可以通過改變外加電場的形式來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)域檢測了由載流子弛豫造成的漏電壓大小隨磁場大小及磁場方向的變化關(guān)系，通過理論剖析，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)覺說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)稱性導(dǎo)致的載流子軌道耦合。
研究過程中可以通過改變納拉面的生長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關(guān)。
這一發(fā)覺對(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、國家基金委、中國科大學(xué)、安徽省以及中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院的捐助。