利用硅中自旋轨道耦合的力量：扩大量子计算

澳大利亚科学家研究了扩大量子比特的新方向 - 利用原子量子比特的自旋轨道耦合 - 为军械库增加了一套新的工具。

自旋轨道耦合，量子比特轨道和自旋自由度的耦合允许通过电子而不是磁场来操纵量子位。使用量子位之间的电偶极耦合意味着它们可以进一步分开放置，从而在芯片制造过程中提供灵活性。

其中一种方法发表在Science Advances上，由UNSW教授Sven Rogge领导的一组科学家研究了硅中硼原子的自旋轨道耦合。

“硅中的单个硼原子是一个相对未开发的量子系统，但我们的研究表明，自旋轨道耦合为量子计算中扩展到大量量子位提供了许多优势”量子中心项目经理Rogge教授说。计算与通信技术(CQC2T)。

继上个月在物理评论X上发表的UNSW团队的早期结果之后，Rogge的团队现在专注于在一个极其紧凑的电路中快速读出仅两个硼原子的自旋态(1或0)在商用晶体管中。

“硅中的硼原子有效地耦合到电场，实现快速量子位操作和远距离量子比特耦合。电子相互作用还允许耦合到其他量子系统，开辟了混合量子系统的前景，”Rogge说。

新南威尔士大学Michelle Simmons教授团队最近的另一项研究也强调了自旋轨道耦合在硅中基于原子的量子比特中的作用，这次是用磷原子量子比特。该研究最近发表在npj Quantum Information上。

该研究揭示了令人惊讶的结果。对于硅中的电子 - 特别是那些与磷供体量子位相关的电子 - 旋转轨道控制通常被认为是弱的，从而产生数秒的旋转寿命。然而，最新的结果揭示了先前未知的电子自旋耦合到电场，该电场通常在由控制电极产生的器件架构中发现。

“通过在原子设计的设备中仔细对准外部磁场和电场，我们找到了将这些旋转寿命延长到几分钟的方法，”CQC2T主任Michelle Simmons教授说。

“鉴于硅的长旋转相干时间和技术优势，这种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一条通路，有望实现高量子位选择性，”Simmons说。

这两个结果都突出了理解和控制大规模量子计算架构的自旋轨道耦合的好处。

在澳大利亚商业化硅量子计算IP

自2017年5月以来，澳大利亚第一家量子计算公司Silicon Quantum Computing Pty Limited(SQC)一直致力于创建和商业化基于澳大利亚量子计算和通信技术卓越中心开发的一套知识产权的量子计算机( CQC2T)。它的目标是到2022年生产一种10比特的硅原型器件作为商用规模硅基量子计算机的先驱。

除了开发自己的专有技术和知识产权外，SQC还将继续与CQC2T以及澳大利亚和国际量子计算生态系统的其他参与者合作，在澳大利亚建立和发展硅量子计算行业，并最终实现其产品和服务全球市场。