中科大学实现半导体超快量子控制非逻辑单元

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室在固态量子芯片研究方面取得重要进展。实验室郭国平教授、肖明教授与合作者成功实现了半导体量子点体系的两个电荷量子比特的控制非逻辑门。成果近日发表在《自然·通讯》上。

逻辑门是计算机运算的基本单元，也就是集成电路上的基本组件。现代计算机的核心部件为全电控的半导体芯片CPU，开发与之兼容的半导体全电控量子芯片是量子计算机研制的重要方向之一。郭国平研究组致力于半导体量子芯片的开发，在2013年成功实现半导体超快普适单比特电荷量子逻辑门的基础上，最近又在多量子比特的扩展上取得了重要进展。

该研究组利用标准半导体微纳加工工艺，设计制备了多种半导体强耦合电控量子点结构，使两量子比特间的耦合强度超过100微电子伏特。同时，他们不断改进量子比特逻辑操控中的高频脉冲信号的精确控制等问题，使得脉冲序列间的精度控制在皮秒量级，并最终实现了两个电荷量子比特的控制非逻辑门，其操控最短在百皮秒量级内完成。与国际上目前电子自旋两量子比特的最高水平（百纳秒量级）相比，新的半导体两量子比特的操控速度提高了数百倍。

郭国平介绍，原则上有单比特逻辑单元和两比特控制非逻辑单元，就可以实现任意量子计算过程。电荷编码单比特和两比特的量子逻辑门的完成，表明电荷量子比特虽然相干时间比自旋量子比特短两个量级左右，却具有快两个量级以上的逻辑门运算速度，并且具有易于全电操控、可集成化、兼容传统半导体工艺技术等重要优点，是进一步研制实用化半导体量子计算的坚实基础。