中國科學技術大學實現半導體超快量子控制非邏輯單元

　　 中國科學技術大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室在固態量子芯片研究方面取得重要進展。實驗室郭國平教授、肖明教授與合作者成功實現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,成果近日發表在《自然·通訊》上。

　　 邏輯門是計算機運算的基本單元，也就是集成電路上的基本組件。現代計算機的核心部件為全電控的半導體芯片CPU，開發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。郭國平研究組致力于半導體量子芯片的開發，在2013年成功實現半導體超快普適單比特電荷量子邏輯門的基礎上，最近又在多量子比特的擴展上取得了重要進展。

　　 該研究組利用標準半導體微納加工工藝，設計制備了多種半導體強耦合電控量子點結構，使兩量子比特間的耦合強度超過100微電子伏特。同時，他們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，并最終實現了兩個電荷量子比特的控制非邏輯門，其操控最短在百皮秒量級內完成。與國際上目前電子自旋兩量子比特的最高水平（百納秒量級）相比，新的半導體兩量子比特的操控速度提高了數百倍。

　　 郭國平介紹，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、兼容傳統半導體工藝技術等重要優點，是進一步研制實用化半導體量子計算的堅實基礎。