來自中國農大的消息顯示，中國農大郭光燦教授團隊郭國平、李海歐等人與中科院化學所張建軍和本源量子估算有限公司合作，在硅基半導體鍺納火鍋量子芯片研究中取得重要進展。研究團隊首次在硅基鍺空穴量子點中實現朗道g因子張量和載流子軌道耦合場方向的檢測與調控，對于該體系更好地實現載流子量子比特操控及找尋馬約拉納費米子有著重要的指導意義。
據了解，近些年來，對載流子軌道耦合的研究仍然是半導體量子估算和拓撲量子估算研究的熱點。
半導體材料中的載流子軌道互相作用才能使粒子的載流子與軌道這兩個自由度耦合在一起，該機制在實現載流子電子學元件、自旋量子比特操控及找尋馬約拉納費米子中起著舉足輕重的作用。
在半導體載流子量子比特操控研究中，現有的載流子量子比特的操控方法依賴于樣品制備中集成的微波天線或微磁極這種可以形成人造調制磁場的結構，這促使量子比特大規模擴充時在可輪詢和芯片結構制備方面深受阻礙同時，微磁極結構會使載流子量子比特感遭到更強的電荷噪音鍺與量子通訊，致使載流子量子比特退相干時間的增加。
因而，一種可行的解決方案是用材料中存在的載流子軌道耦合來實現全熱學的載流子量子比特操控。
對于一維硅基鍺納拉面空穴量子點而言，我們可以借助電偶極載流子共振技術，通過施加交變電場實現對載流子量子比特的全熱學控制，大大簡化了量子比特的制備工藝，有利于實現硅基量子估算載流子比特單元的二維擴充；
其次，在載流子軌道耦合的電偶極載流子共振操控方法下鍺與量子通訊，比特的操控速度與載流子軌道耦合硬度成反比，因而我們可以通過改變外加電場的形式來提高載流子軌道耦合硬度因而實現更快的比特操控速度；
除此之外，載流子軌道耦合場的方向也會影響載流子量子比特的操控速度以及比特初始化與讀取的保真度。
因而，在借助載流子軌道耦合實現載流子量子比特操控時，確定和調控載流子軌道耦合場的方向變得尤為重要。
圖1.硅基鍺納拉面空穴雙量子點中g因子張量及載流子軌道耦合場方向。
研究團隊在制備的高質量的硅基鍺空穴自旋雙量子點中觀察到了載流子阻塞效應，并在載流子阻塞區域檢測了由載流子弛豫造成的漏電壓大小隨磁場大小及磁場方向的變化關系，通過理論剖析，得到了該體系具有強各向異性的g因子張量，同時確定了載流子軌道耦合場的方向坐落鍺納火鍋襯底面內并與鍺納火鍋方向成59°，以上發覺說明體系中不僅存在垂直于鍺納火鍋的載流子軌道耦合，還存在著順著納拉面方向的可能是由界面不對稱性導致的載流子軌道耦合。
研究過程中可以通過改變納拉面的生長方向促使上述兩種載流子軌道耦合方向相反大小相等，因而實現載流子軌道耦合的開關。
這一發覺對該體系在載流子量子比特制備與操控研究中，在保持超快比特操控速度的同時進一步延長比特的退相干時間提供了新的思路，為全電控規模化硅基載流子量子比特芯片研究奠定了化學基礎。
該成果于5月12日在國際納米元件化學著名刊物《Nano》上發表。中科院量子信息重點實驗室郭國平院士、李海歐研究員為論文共同通信作者，中科院量子信息重點實驗室博士生張庭、劉赫以及中科院化學研究所博士后高飛為論文共同第一作者。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科大學、安徽省以及中國科學技術學院的捐助。