本報訊（記者王敏）中國科學技術大學郭光燦院士團隊的郭國平教授、王保傳特任副研究員等人與本源量子計算科技（合肥）股份有限公司合作，成功研製出一種高度耦合可調的二維矽基量子點陣列，首次在矽量子點陣列中實現了對最近鄰以及次近鄰耦合的獨立大範圍調控，對推動矽基電晶體量子計算研究具有重要意義。相關研究成果近日線上發表於《納米快報》。
矽基電晶體量子點以其較小的特徵尺寸、與現代電晶體制造技術的相容性和具備大規模擴展量子比特數量的潜力，成為實現實用化量子計算和量子類比的重要候選方案之一。近兩年來，矽基自旋量子比特在向容錯量子計算發展過程中取得了進展。要想進一步推動矽基電晶體量子計算發展，實現量子比特的二維耦合擴展顯得尤為重要。然而，由於小尺寸帶來的製造挑戰以及實驗室平面工藝的局限性等因素，矽基量子點陣列的二維擴展研究進展緩慢，國際上相關報導相對較少。此外，現有研究主要關注最近鄰耦合的可調性，缺少對次近鄰耦合的調控研究，而這一調控在量子計算和類比中具有重要意義。
基於以上背景，郭國平研究組設計並製備了一個包含中心勢壘柵極的2×2矽基量子點陣列器件。研究人員在極低溫下對該器件的效能進行了系統表徵，發現該器件每個量子點中的電子可以實現獨立填充，並調節至單電子佔據狀態。此外，最近鄰耦合能够在較大範圍內獨立調控，次近鄰耦合則可以通過中心勢壘柵極實現非對稱調控。基於這種高度可調性，研究人員可以根據需求選擇性地關閉和打開特定的耦合，從而將量子點陣列配寘為不同的耦合結構並開展具體應用研究。
研究人員介紹，該工作為矽基量子點陣列作為量子計算與量子類比的多功能平臺提供了全新可能性。