澳大利亚科学家利用原子量子比特的自旋轨道耦合，寻找扩大量子比特规模的新研究方向，并成功研发一套新的量子计算研究工具。
自旋轨道耦合，即量子比特轨道和自旋自由度的耦合，通过该操作，科学家可以利用电子(而不是磁场)来操纵量子比特。使用量子比特之间的电偶极耦合意味着它们可以分开放置，从而在芯片制造过程具有灵活性。
其中一种方法发表在《科学进展》杂志上，由新南威尔士大学Sven Rogge教授领导的研究组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，但是我们的研究表明，自旋轨道耦合 为扩展到大规模量子比特提供了许多优势。” 量子计算与通信技术卓越中心(CQC2T)的项目经理Rogge教授说。
上个月在《物理评论X》杂志上发表了新南威尔士大学 团队的早期研究结果 ，现在Rogge的团队专注于研究在紧凑线路中快速读出商用晶体管中的两个硼原子的自旋态(1或0)。
“我们将硅中的硼原子快速耦合到电场，实现快速量子比特操作和远距离量子比特耦合。通过电子相互作用还可以把它耦合到其他量子系统，为混合量子系统 开辟了广阔的前景。”Rogge说。
新南威尔士大学Michelle Simmons教授的团队最近开展的另一项研究也强调了自旋轨道耦合在硅中原子量子比特中的作用，这次他们用的是磷原子量子比特。该研究最近发表在npj Quantum Information 杂志 上 。
该研究展示的结果令人咋舌。硅中的电子——特别是那些与磷供体量子比特相关的电子旋转轨道控制通常是很微弱的，只能产生数秒的有效旋转。然而，最新的结果显示，在由控制电极产生的器件架构中，科学家发现了电子自旋与电场的耦合，这在以前从未被发现过。
“通过慢慢地将外部磁场与原子工程设备中的电场进行校准，我们找到了将有效旋转时间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，有望实现高量子比特选择性。”Simmons说。
这两个结果都展现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。
澳大利亚硅量子计算IP的商业化进程
自2017年5月起，澳大利亚第一家量子计算公司硅量子计算有限公司(SQC)一直致力于完成量子计算机的研发工作并将其商业化，而他们的这项工作主要是基于CQC2T开发的一系列相关知识产权。其目标是到2022年生产一种10量子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圈的其他参与者合作，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，服务全球市场。
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