中国科大实现耦合高度可调的二维硅基量子点阵列

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在硅基量子点阵列的二维扩大及其耦合可调性研究中取患上重要进展。该团队郭国平传授、王保传特任副研究员等人与根源量子计较有限公司互助，胜利研制出一种具备高度耦合可调的二维硅基量子点阵列，初次正在硅量子点阵列中完成了对比来邻和次近邻耦合的自力年夜规模调控。这一研究结果对鞭策硅基半导体量子计较研究具备重要意思。相干研究结果以“Highly Tunable 2D Silicon Quantum Dot Array with Coupling beyond Nearest Neighbors”为题，于10月14日正在线颁发正在国际期刊Nano Letters上。

　　硅基半导体量子点以其较小的特性尺寸以及与古代半导体系体例造工艺的兼容性，具有年夜范围扩大量子比特数目的后劲，成为完成实用化量子计较以及量子摹拟的重要候选方案之一。近两年来，硅基自旋量子比特正在向容错量子计较成长的历程中取患了重猛进展，包含完成凌驾容错阈值的单比特以及双比特量子门，和基于线性阵列的多比特通用量子门操控。为了进一步鞭策硅基半导体量子计较的成长，完成量子比特的二维耦合扩大显患上尤其重要。然而，因为小尺寸带来的创造应战和试验室立体工艺的局限性等要素，硅基量子点阵列的二维扩大研究进展迟缓，国际上相干报导绝对较少。此外，现有研究首要存眷比来邻耦合的可调性，短少对次近邻耦合的调控研究，而这一调控正在量子计较以及摹拟中具备重要的意思。

　　基于以上配景，中国科年夜郭国平传授研究组设计并制备了一个包括中间势垒栅极的2×2硅基量子点阵列器件。研究职员正在极高温下对该器件的机能举行了体系表征，研究成果标明，该器件每一个量子点中的电子可以完成自力填充，并调治至单电子占领状况。此外，比来邻耦合可以或许正在较年夜规模内自力调控，而次近邻耦合则可以经由过程中间势垒栅极完成非对称调控。基于这类高度的可调性，研究职员可以凭据需要抉择性地封闭以及关上特定的耦合，从而将量子点阵列设置为没有同的耦合布局并开展详细使用研究。这一事情为硅量子点阵列作为量子计较与量子摹拟的多功用平台供给了全新可能性。

　　图（左）硅基量子点二维阵列器件焦点区的电子显微镜伪色图；（右）肆意调控量子点间比来邻以及次近邻耦合，从而机关出没有同的耦合布局。

　　中国迷信院量子信息重点试验室博士研究生王宁为论文第一作者，特任副研究员王保传为论文通信作者。该事情获得了科技立异2030重年夜名目、国度天然迷信基金委、中国迷信院和安徽省的赞助。

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02345