【资讯】实现耦合高度可调的二维硅基量子点阵列

2024-12-11 14:51:25

　　实现耦合高度可调的二维硅基量子点阵列

　　硅基半导体量子点以其较小的特征尺寸和与现代半导体制造工艺的兼容性，具备大规模扩展量子比特数量的潜力，成为实现实用化量子计算和量子模拟的重要候选方案之一。近两年来，硅基自旋量子比特在向容错量子计算发展的过程中取得了重大进展，包括实现超过容错阈值的单比特和双比特量子门，以及基于线性阵列的多比特通用量子门操控。为了进一步推动硅基半导体量子计算的发展，实现量子比特的二维耦合扩展显得尤为重要。然而，由于小尺寸带来的制造挑战以及实验室平面工艺的局限性等因素，硅基量子点阵列的二维扩展研究进展缓慢。

　　中国科学技术大学郭光灿院士团队郭国平教授、王保传特任副研究员与本源量子计算有限公司合作，成功研制出一种具有高度耦合可调的二维硅基量子点阵列，首次在硅量子点阵列中实现了对最近邻以及次近邻耦合的独立大范围调控。这一研究成果对推动硅基半导体量子计算研究具有重要意义。相关成果发表于Nano Letters。

　　首次实现了Rabi模型多临界现象的量子模拟

　　在经典热力学中，三相点是指三种不同物质状态(如固、液、气)共存的条件下的一种独特状态。在量子相变理论中，三相点则被定义是为一阶量子相变和二阶量子相变的交汇点。量子多临界现象中蕴含着重要的量子相变机理，同时也为量子度量和量子材料领域提供了丰富的量子资源。在描述光和原子相互作用的Dicke模型或Rabi模型中，当独立改变旋波项和反旋波项相互作用强度时，二维的耦合参数空间中存在一个Z2对称性破缺和U1对称性破缺相交的量子三相点。当该模型存在一定强度的玻色子耗散时，理论预言U1对称性破缺的边界和三相点将会同时分裂为两个，此外体系中还会出现一些新的相区域。然而，这一重要的耗散诱导的量子多临界机制一直未能得到有效的实验验证。

　　中国科学技术大学彭新华教授团队与华中科技大学吕新友教授团队合作，通过发展开放量子体系的稳态量子调控技术，首次在核磁共振量子模拟器上验证了封闭和耗散Rabi模型中的量子多临界现象，推动了开放体系量子相变以及非平衡稳态量子模拟领域的发展。相关成果发表于Physical Review Letters。

　　双场量子密钥分发共纤传输架构与方案

　　量子密钥分发(QKD)技术，作为基于量子力学原理实现密钥分发的新型技术，被视为未来信息安全传输的基石。双场 QKD 则是利用单光子干涉原理、将成码率与信道传输率由线性关系演变为平方根关系，扩展了传输距离。然而，在共纤传输场景下，经典信号对量子信号的干扰一直是制约双场 QKD 发展的关键难题。

　　中国电信研究院孔维文、唐建军等与北京邮电大学合作，提出了经典通信与双场量子密钥分发(QKD)共纤传输架构与方案，成功解决了经典通信与双场QKD共纤传输过程中噪声干扰严重的难题。该成果具有高安全性、大容量以及远距离传输等优势。相关成果发表于IEEE Journal of Lightwave Technology。

　　使用格点量子色动力学研究核子电极化率

　　核子(质子和中子)是理解物质内部结构的重要对象。核子电极化率是描述核子内部结构的基本物理量，它揭示了核子在外部电磁场下的响应能力，可以通过康普顿散射过程测量。格点量子色动力学(格点QCD)从第一性原理出发，为研究核子极化率提供了强有力的工具。不过近20年的格点QCD计算获得的核子电极化率均显著低于实验测量值。

　　北京大学冯旭教授、刘川教授团队与美国康涅狄格大学合作，对这个疑难问题开展了系统研究。在物理的参数条件下，团队利用国家超算天津中心提供的超级计算机对核子系统进行了模拟，最初得到的电极化率结果也是显著偏低，与之前的格点研究一致。然后，团队首次通过格点QCD模拟，对核子-π介子态在极化率计算中的作用进行了深入分析，发现这些态对质子极化率贡献约为60%，对中子极化率的贡献甚至达到90%。在完善核子-π介子态的贡献后，格点QCD给出的最终理论计算结果与实验测量值达成一致。相关成果发表于Physical Review Letters。

　　钙钛矿半导体微腔中实现室温光学自旋霍尔效应自旋电子学在信息编码、存储和传输领域展现了巨大的应用潜力。自旋霍尔效应作为自旋电子学的重要现象，通过自旋-轨道耦合引导不同自旋方向的电子分离形成自旋流，从而开辟了基于自旋的电子器件研究的新方向。然而，由于室温下电子散射带来的快速退相干效应，这种退相干效应限制了自旋电子学在宏观尺度的应用。

　　北京量子信息科学研究院Sanjib Ghosh副研究员、清华大学熊启华教授与西湖大学Alexey Kavokin教授合作，在有机-无机杂化钙钛矿甲脒铅溴(FAPbBr3)微腔中实现了激子极化激元的室温光学自旋霍尔效应。结果显示，激子极化激元的自旋流在空间中传播距离可达60um，且保持了长程的相干性。研究团队进一步设计并展示了两种新颖的激子极化激元自旋光子学器件——逻辑非门和自旋极化分束器。这些器件能够在皮秒级时间内实现全光控制，显著提升了响应速度，为未来超快自旋光学器件的研发提供了广阔前景。

　　免责声明

　　网站资讯内容来源于互联网，目的在于传递信息，提供专业服务，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的，请联系我们将协调给予删除处理。行业资讯仅供参考，不存在竞争的经济利益。