中国科技大学在硅基半导体自旋量子比特操控领域取得了突破性进展。科研团队成功实现了硅基自旋量子比特的超高速操控，自旋翻转速率高达540MHz，这一数值刷新了当前国际报道的最高速度记录。

这项研究成果在1月11日被《自然·通讯》杂志在线刊发。硅基半导体自旋量子比特因其长量子退相干时间、高操控保真度以及与现代半导体工艺技术兼容的高可扩展性，成为量子计算研究的核心焦点之一。

传统方法采用电子自旋共振技术操控自旋比特，但这种方法受限于操控速率较慢的问题。研究团队通过创新性地利用电偶极自旋共振技术，显著提高了自旋比特的操控速率。具体来说，他们采用了一种利用微磁体结构产生的“人造自旋轨道耦合”的方案，但这一做法也带来了自旋量子比特受到更强电荷噪声的影响，进而影响了其退相干时间和平均操控保真度，这不利于硅基自旋量子比特的二维扩展。

为解决上述问题，研究团队另辟蹊径，探索了利用材料中天然存在的自旋轨道耦合进行操控的可能性。硅基锗量子点中的空穴载流子由于处于P轨道态，具备较强的本征自旋轨道耦合效应和较弱的超精细相互作用。通过采用电偶极自旋共振技术，仅需单一交变电场就能实现对空穴自旋量子比特的全电学控制，极大地简化了量子比特的制备过程，推动了硅基自旋量子比特单元的二维扩展。

研究还指出，自旋轨道耦合场的方向对自旋比特操控速率和初始化与读取的保真度有直接影响，因此精确测量并调控此方向是实现高保真度自旋量子比特的关键。在2021年的研究中，中科大研究组首次在硅基锗量子线空穴量子点中成功测量并调控了朗道g因子张量和自旋轨道耦合场方向。

在此基础上，研究人员李海欧等人进一步优化了器件性能，通过在耦合强度高度可调的双量子点中实施泡利自旋阻塞读取操作，观察到了多能级的电偶极自旋共振谱。通过调整和选择不同自旋翻转模式，实现了自旋翻转速率超过540MHz的自旋量子比特超高速操控。研究揭示了超高速自旋量子比特操控速率的主因在于体系的强自旋轨道耦合效应。

这一成果证明，硅基锗空穴自旋量子比特作为全电控量子比特操控与扩展的候选体系，为硅基半导体量子计算的实现奠定了坚实的基础。