量子计算机将对未来社会发展和国家安全产生重大影响，研究量子计算已成为未来国家战略。基于半导体的量子计算与现代芯片工艺兼容、可扩展性好，被认为是最有可能实现量子计算的体系之一。国际上众多顶尖研究机构开展相关工作，然而该领域需要的软硬件门槛高，技术积累时间长，中国的半导体量子计算长期处于空白状态。项目瞄准半导体量子计算，围绕半导体栅型量子点的相干调控，针对量子计算逻辑门操控、新型量子比特编码、比特集成及扩展等方面开展系统深入研究，填补了国内半导体量子计算实验研究空白并取得系列创新性成果：

(1)构建了完备的超快普适逻辑门单元库。利用LZS效应实现皮秒量级超快普适逻辑门操控，操控速度相比于自旋量子比特提升了近两个量级，不仅直接证明电荷量子比特超快特性，也为研究单电子干涉效应等基本物理问题提供了平台，同时在实验中发展出的超快脉冲控制技术在微电子信息技术中具有广泛意义。更进一步，设计制备了耦合强度大范围可调的两比特样品，首次实现了半导体两电荷量子比特控制非门，构建了完备的量子计算逻辑单元库。这是国际上第一个电荷量子比特控制非门。对比两自旋量子比特，操控速度有了量级上的提升。

(2)开发长相干、快操控兼容的新型量子比特。项目在国际上首次利用具有强自旋-轨道耦合效应的Ge/Si核壳型空穴纳米线制成新型电子器件，为长相干、快操控兼容的纯电控量子信息处理器打开了实验研究新方向。更进一步，国际上首次在GaAs体系中利用量子点的非对称性实现了杂化量子比特，最大可将传统电荷量子比特的相干时间延长一个量级以上。特别是，这种杂化量子比特编码和调控方式具有很强的通用性，不仅用于III-V族半导体，并且能推广到硅、锗等IV族半导体甚至石墨烯和TMDC等新型半导体，同时该工作对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新思路。

(3)实现多比特长程耦合，构建比特扩展架构。可扩展性是实用化量子计算的前提。项目在国际上首次实现了石墨烯单量子比特与超导谐振腔的耦合，并进一步在国际上首次实现两石墨烯量子比特长程耦合，这是第一个在量子点体系里面实现基于超导腔的两比特长程耦合，成功构建了多量子比特扩展架构。对将来实现远距离量子点比特之间的量子纠缠以及最终实现集成化的量子芯片均具有重大意义。

相关成果引起国际同行广泛关注，8篇代表性论文被普林斯顿大学J. R. Petta、代尔夫特理工大学L. M. K. Vandersypen、哈佛大学C. Marcus、亚琛工业大学D. P. Divincenzo、日本理化研究所F. Nori等国际半导体量子计算著名学者在Science、Reviews of Modern Physics、Nature子刊、PRX、PRL、Physics Reports等SCI期刊他引158次。相关研究成果被Nanotechweb、Nature Asia重点报道。

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