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中科大成功实现新型量子比特编码

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来源: 作者: 2019-05-16 18:07:01

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中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室郭国平研究组及合作者在新型量子比特编码方面取得新进展。研究人员首次在砷化镓半导体量子芯片中成功实现量子相干特性好、操控速度快、可控性强的电控新型编码量子比特,研究成果2月25日发表于《物理评论快报》。

与现代计算机一样,“量子芯片”是未来量子计算机的“大脑”。开发与现代半导体工艺兼容的电控量子芯片是量子计算机研制的重要方向之一。该研究组沿着电荷编码量子比特实现超快量子计算路线图,探索了延长电荷编码比特相干时间的新方法,在保证量子比特超快操控速度的同时,取得与自旋编码量子比特同样的长相干特性,实现量子比特超快操控与长相干时间兼得,从而解决在比特相干时间内尽量多地完成量子操控这一核心问题。

该研究组利用半导体量子点的多电子态轨道的非对称特性,首次在砷化镓半导体系统中实现了轨道杂化的新型量子比特,奇妙地将电荷量子比特超快特性与自旋量子比特的长相干特性融为一体,实现了“鱼”(超快操控)和“熊掌”(长相干)的兼得。实验结果表明,该新型量子比特与电荷量子比特类似,可在百皮秒内实现从0到1的超快量子翻转,而其量子相干性却比一般电荷编码量子比特提高近十倍。

这种新型多电子轨道杂化不仅适用于三五族半导体,并且能推广到硅锗等4族半导体乃至是石墨烯和TMDS等新型半导体。该工作对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性中国人寿“主动负增长”
的影响提供了新思路。

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