据中国科学技术大学信息，该校郭光灿院士团队在实现了硅基自旋量子比特的超快操控，自旋翻转速率超过540MHz，是目前国际上已报道的最高值。硅基半导体自旋量子比特操控研究方面取得重要进展

研究结果于1月11日在线发表在国际知名期刊《自然通讯》上。

硅基自旋量子比特因其量子退相干时间长、操控保真度高以及与现代半导体技术兼容的高可扩展性而成为量子计算研究的核心方向之一。

高操纵保真度要求比特具有更长的量子退相干时间和更快的操纵速率。传统方案利用电子自旋共振实现自旋位翻转，位操纵速率较慢。

研究人员发现利用电偶极自旋共振，可以实现更快速率的自旋比特操控。

一种电偶极子自旋共振的方案是通过嵌入器件中的微磁体结构产生的“人工自旋-轨道耦合”来实现的，但这会使自旋量子比特感受到更强的电荷噪声，从而减少自旋量子比特的退相干时间，降低自旋量子比特阵列的平均操控保真度，阻碍硅基自旋量子比特的二维扩展。

另一个有效的方案是利用材料中自然产生的自旋轨道耦合来操纵自旋量子位。

硅基锗量子点中的空穴载流子处于P轨道状态，因此自然具有较强的本征自旋轨道耦合效应和较弱的超精细相互作用。

利用电偶极自旋共振技术，仅通过单个交变电场即可实现对空穴自旋量子比特的全电学控制，大大简化了量子比特的制备工艺，有利于实现硅基自旋量子比特单元的二维扩展。

自旋轨道耦合场的方向会影响自旋比特的操纵速率和比特初始化与读取的保真度。因此，测量和确定自旋轨道耦合场的方向是实现高保真自旋量子比特的首要任务。

2021年，中国科学技术大学课题组首次实现了硅锗量子线洞量子点中朗道G因子张量和自旋轨道耦合场方向的测量与调控。

在此基础上，李海欧等人进一步优化器件性能，在耦合强度高度可调的双量子点中，完成了自旋量子比特的泡利自旋阻塞读取，观测到了多能级的电偶极自旋共振谱。

通过调整和选择共振谱中显示的不同自旋翻转模式，自旋翻转率超过540兆赫兹的自旋量子比特可以非常快速地工作。

通过建模和分析，研究人员揭示了超快自旋量子比特操纵率的主要贡献来自系统的强自旋-轨道耦合效应(超短自旋-轨道耦合长度)。

结果表明，硅基锗空穴自旋量子比特是实现全电控量子比特操控与扩展的重要候选体系，为实现硅基半导体量子计算奠定了重要研究基础。

图解：(a)硅基锗量子线空穴双量子点和自旋位操控示意图；(b)自旋比特翻转率随着微波功率的增加而增加；(c)当微波功率为9dBm时，自旋位操纵率可达542MHz。