原子量子位的自旋軌道耦合示意圖。
《科學進展》雜誌12月7日報導，澳大利亞新南威爾斯大學（UNSW）的科學家們研究了矽中硼原子的自旋軌道耦合，這為擴展量子位指明了新方向。
自旋軌道耦合，即量子位的軌道和自旋自由度的耦合，它允許利用電場（而非磁場）控制量子位，這將為晶片製造過程提供靈活性。論文作者之一、UNSW教授、量子計算與通信技術中心(CQC2T)項目經理斯文羅格(Sven Rogge)說：「矽中的單個硼原子是一個相對神秘的量子系統。我們的研究表明，在量子計算中，自旋軌道耦合可為擴充量子位數量提供諸多便利。」
繼上個月在《物理評論X》雜誌發表相關論文後，羅格團隊轉而關注如何在商業電晶體的緊湊電路中快速讀出兩個硼原子的自旋狀態(1或0)。他們發現，矽中的硼原子可以有效地與電場耦合，從而實現快速的量子位操作和長距離的量子位耦合。電子的相互作用也允許硼的量子系統與其他量子系統耦合，這為開闢混合量子系統照亮了前路。
論文作者之一、CQC2T主任、UNSW的米歇爾·西蒙斯（ Michelle Simmons）教授的研究小組也在《npj量子信息》雜誌發表的一篇論文中強調了磷原子量子位自旋軌道耦合在矽原子中的作用。西蒙斯教授的研究揭示了令人驚訝的結果。對於矽中的電子而言——尤其是那些與磷供體量子位相結合的電子，自旋軌道控制通常被認為是非常薄弱的，其自旋壽命僅僅為幾秒鐘。然而，最新的結果揭示了一種以前未知的電子自旋與電場的耦合，並且這種耦合通常出現在由控制電極創建的設備架構中。西蒙斯教授說：「通過在原子工程設備中利用電場仔細校準外部磁場，我們找到了一種將自旋壽命延長至分鐘級的方法。由於矽具有自旋相干時間較長等特點，新發現的供體自旋與電場的耦合為電驅動自旋共振技術提供了可能性。」
自2017年5月以來，澳大利亞的首家量子計算公司——矽量子計算有限公司(SQC)一直致力於將CQC2T開發的量子計算機商業化。SQC的目標是在2022年之前生產出一種10量子位的矽基原型設備作為商用矽基量子計算機的先驅。除開發自己的專利技術，SQC還將繼續與其他合作方共同建設量子計算世界的「生態系統」，並向全球市場推出其產品和服務。
編譯：雷鑫宇
審稿：alone
責編：南熙