原子量子位的自旋轨道耦合示意图。
《科学进展》杂志12月7日报道，澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的科学家们研究了硅中硼原子的自旋轨道耦合，这为扩展量子位指明了新方向。
自旋轨道耦合，即量子位的轨道和自旋自由度的耦合，它允许利用电场（而非磁场）控制量子位，这将为芯片制造过程提供灵活性。论文作者之一、UNSW教授、量子计算与通信技术中心(CQC2T)项目经理斯文?罗格(Sven Rogge)说：“硅中的单个硼原子是一个相对神秘的量子系统。我们的研究表明，在量子计算中，自旋轨道耦合可为扩充量子位数量提供诸多便利。”
继上个月在《物理评论X》杂志发表相关论文后，罗格团队转而关注如何在商业晶体管的紧凑电路中快速读出两个硼原子的自旋状态(1或0)。他们发现，硅中的硼原子可以有效地与电场耦合，从而实现快速的量子位操作和长距离的量子位耦合。电子的相互作用也允许硼的量子系统与其他量子系统耦合，这为开辟混合量子系统照亮了前路。
论文作者之一、CQC2T主任、UNSW的米歇尔·西蒙斯（ Michelle Simmons）教授的研究小组也在《npj量子信息》杂志发表的一篇论文中强调了磷原子量子位自旋轨道耦合在硅原子中的作用。西蒙斯教授的研究揭示了令人惊讶的结果。对于硅中的电子而言——尤其是那些与磷供体量子位相结合的电子，自旋轨道控制通常被认为是非常薄弱的，其自旋寿命仅仅为几秒钟。然而，最新的结果揭示了一种以前未知的电子自旋与电场的耦合，并且这种耦合通常出现在由控制电极创建的设备架构中。西蒙斯教授说：“通过在原子工程设备中利用电场仔细校准外部磁场，我们找到了一种将自旋寿命延长至分钟级的方法。由于硅具有自旋相干时间较长等特点，新发现的供体自旋与电场的耦合为电驱动自旋共振技术提供了可能性。”
自2017年5月以来，澳大利亚的首家量子计算公司——硅量子计算有限公司(SQC)一直致力于将CQC2T开发的量子计算机商业化。SQC的目标是在2022年之前生产出一种10量子位的硅基原型设备作为商用硅基量子计算机的先驱。除开发自己的专利技术，SQC还将继续与其他合作方共同建设量子计算世界的“生态系统”，并向全球市场推出其产品和服务。
编译：雷鑫宇
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