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)室在固態(tài)量子芯片研究方面取得重要進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)室固態(tài)量子芯片組郭國(guó)平教授、肖明教授與合作者成功實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體量子點(diǎn)體系的兩個(gè)電荷量子比特的控制非邏輯門。該成果于7月17日在Nature Communications上發(fā)表（Nature Communications 6, Article number: 7681）。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的核心部件為全電控的半導(dǎo)體芯片CPU。開(kāi)發(fā)與之兼容的半導(dǎo)體全電控量子芯片是量子計(jì)算機(jī)研制的重要方向之一。在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“固態(tài)量子芯片”等項(xiàng)目支持下，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭國(guó)平研究組致力于半導(dǎo)體量子芯片的開(kāi)發(fā)，在2013年成功實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體超快普適單比特電荷量子邏輯門的基礎(chǔ)上（Nat. Commun. 4:1401 (2013)），最近進(jìn)一步在多量子比特的擴(kuò)展上取得了重要進(jìn)展。

該研究組經(jīng)過(guò)兩年的摸索和積累，利用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體微納加工工藝設(shè)計(jì)制備了多種半導(dǎo)體強(qiáng)耦合電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使兩量子比特間的耦合強(qiáng)度超過(guò)100微電子伏特；并不斷改進(jìn)量子比特邏輯操控中的高頻脈沖信號(hào)的精確控制等問(wèn)題，使得脈沖序列間的精度控制在皮秒量級(jí)，并最終實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)電荷量子比特的控制非門，其操控最短在200皮秒以內(nèi)完成。相對(duì)于國(guó)際上目前電子自旋兩量子比特的最高水平，新的半導(dǎo)體兩量子比特的操控速度提高了數(shù)百倍。

原則上有單比特邏輯單元和兩比特控制非邏輯單元就可以實(shí)現(xiàn)任意量子計(jì)算過(guò)程，電荷編碼單比特和兩比特的量子邏輯門的完成，表明電荷量子比特雖然相干時(shí)間比自旋量子比特短兩個(gè)量級(jí)左右，卻具有快兩個(gè)量級(jí)以上的邏輯門運(yùn)算速度，并且具有易于全電操控、可集成化、兼容傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝技術(shù)等重要優(yōu)點(diǎn)，是進(jìn)一步研制實(shí)用化半導(dǎo)體量子計(jì)算的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

該工作得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部的資助。

兩量子比特受控非門示意圖

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)