中國科學(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實驗室在新型量子比特編碼方面取得重要進展。該實驗室郭國平研究組及合作者首次在砷化鎵半導(dǎo)體量子芯片中成功實現(xiàn)量子相干特性好、操控速度快、可控性強的電控新型編碼量子比特，研究成果發(fā)表在2月25日出版的國際權(quán)威雜志《物理評論快報》上。

與現(xiàn)代計算機一樣，“量子芯片”是未來量子計算機的“大腦”。開發(fā)與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝兼容的電控量子芯片是量子計算機研制的重要方向之一。該研究組致力于半導(dǎo)體量子芯片的開發(fā)，沿著電荷編碼量子比特實現(xiàn)超快量子計算路線圖，在先后實現(xiàn)電荷編碼超快普適單量子比特邏輯門[Nature Communications 4, 1401(2013)]和兩量子比特控制非邏輯門[Nature Communications 6, 7681(2015)]的基礎(chǔ)上，繼續(xù)探索延長電荷編碼比特相干時間的新方法，在保證量子比特超快操控速度的同時，獲得與自旋編碼量子比特同樣的長相干特性，實現(xiàn)量子比特超快操控與長相干時間兼得，從而解決在比特相干時間內(nèi)盡可能多地完成量子操控這一核心問題。

該研究組利用半導(dǎo)體量子點的多電子態(tài)軌道的非對稱特性，首次在砷化鎵半導(dǎo)體系統(tǒng)中實現(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相干特性融為一體，實現(xiàn)了“魚”（超快操控）和“熊掌”（長相干）的兼得。實驗結(jié)果表明，該新型量子比特與電荷量子比特類似，可在百皮秒內(nèi)實現(xiàn)從0到1的超快量子翻轉(zhuǎn)，而其量子相干性卻比一般電荷編碼量子比特提高近十倍。　

該新型多電子軌道雜化實現(xiàn)量子比特編碼和調(diào)控的方式具有很強的通用性，不僅適用于三五族半導(dǎo)體，并且能推廣到硅鍺等四族半導(dǎo)體甚至是石墨烯和TMDS等新型半導(dǎo)體。同時該工作對探索半導(dǎo)體中極性聲子和壓電效應(yīng)對量子相干特性的影響提供了新思路。審稿人高度評價本工作在多個方面取得了新的突破（“This paper breaks new ground in several areas ”）。

該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和教育部的資助。

能級結(jié)構(gòu)及電子軌道填充示意圖

（中科院量子信息重點實驗室、量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心、科研部）