中國科學技術(shù)大學郭光燦院士領(lǐng)導的中科院量子信息重點實驗室在固態(tài)量子芯片研究方面取得重要進展。該實驗室固態(tài)量子芯片組郭國平教授、肖明教授與合作者成功實現(xiàn)了半導體量子點體系的兩個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)代計算機的核心部件為全電控的半導體芯片CPU。開發(fā)與之兼容的半導體全電控量子芯片是量子計算機研制的重要方向之一。在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃“固態(tài)量子芯片”等項目支持下，中科院量子信息重點實驗室郭國平研究組致力于半導體量子芯片的開發(fā)，在2013年成功實現(xiàn)半導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)），最近進一步在多量子比特的擴展上取得了重要進展。

該研究組經(jīng)過兩年的摸索和積累，利用標準半導體微納加工工藝設(shè)計制備了多種半導體強耦合電控量子點結(jié)構(gòu)，使兩量子比特間的耦合強度超過100微電子伏特；并不斷改進量子比特邏輯操控中的高頻脈沖信號的精確控制等問題，使得脈沖序列間的精度控制在皮秒量級，并最終實現(xiàn)了兩個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。相對于國際上目前電子自旋兩量子比特的最高水平，新的半導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現(xiàn)任意量子計算過程，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間比自旋量子比特短兩個量級左右，卻具有快兩個量級以上的邏輯門運算速度，并且具有易于全電操控、可集成化、兼容傳統(tǒng)半導體工藝技術(shù)等重要優(yōu)點，是進一步研制實用化半導體量子計算的堅實基礎(chǔ)。

該工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和教育部的資助。

兩量子比特受控非門示意圖

來源：中國科學技術(shù)大學