經(jīng)典計算機(jī)需要100年才能破譯的密碼，量子計算機(jī)用1秒鐘就能搞定。“量子計算將成為第四次工業(yè)革命的引擎。”近期，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半導(dǎo)體量子計算芯片研究方面取得新進(jìn)展。實驗室郭國平研究組創(chuàng)新性地引入第三個量子點作為控制參數(shù)，在保證新型雜化量子比特相干性的前提下，極大地增強(qiáng)了雜化量子比特的可控性。國際應(yīng)用物理學(xué)頂級期刊《應(yīng)用物理評論》日前發(fā)表了該成果。

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(jī)研制的重要方向之一。由于固態(tài)系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，存在著電荷噪聲、核磁場等各種退相干機(jī)制，不同形式的編碼方式都有一定局限，比特的超快操控與長相干往往不可兼得。郭國平研究組2016年首次在砷化鎵半導(dǎo)體雙量子點芯片中實現(xiàn)了量子相干特性好、操控速度快、可控性強(qiáng)的電控新型編碼量子比特，將傳統(tǒng)電荷量子比特的品質(zhì)因子提高了10倍以上。

近期，為了提高雜化量子比特能級可控性，研究人員將非對稱思想進(jìn)一步運(yùn)用到三量子點系統(tǒng)，將原有的雙量子點結(jié)構(gòu)擴(kuò)展成線性耦合三量子點系統(tǒng)。他們通過理論計算分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)中間量子點與其兩側(cè)量子點耦合強(qiáng)度非對稱時，電子在雙量子點中演化的能級結(jié)構(gòu)可以被第三個量子點高效地“間接”調(diào)控。在實驗中，他們首先通過半導(dǎo)體納米加工工藝精確制備出非對稱耦合三量子點結(jié)構(gòu)，再利用電子的原子殼層結(jié)構(gòu)填充原理，巧妙地化解多電子能級結(jié)構(gòu)復(fù)雜性這一難題，構(gòu)造了具有準(zhǔn)平行能級的雜化量子比特。在保證比特相干時間的情況下，通過調(diào)節(jié)第三個量子點的電極電壓，清晰地觀察到比特能級在2至15GHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

高效調(diào)控量子點系統(tǒng)能級是半導(dǎo)體量子計算領(lǐng)域的一個難點問題，該工作不僅為雜化量子比特的可控性問題提供了一個可能的解決方案，也為半導(dǎo)體量子計算提供了一種新調(diào)控思路。