近日，由中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在半導體量子比特擴展方面取得新進展：該實驗室半導體量子芯片研究組教授郭國平與其同事肖明、李海歐、曹剛等人創(chuàng)新性地設計并制備了半導體六量子點芯片，并在實驗上實現了三量子比特的Toffoli門操控。這是國際上首個在半導體量子點體系中實現的三量子比特邏輯門，為未來集成化半導體量子芯片的研制奠定了基礎。相關研究成果發(fā)表《物理評論應用》上。 h*UUtLi%WU  
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　　開發(fā)與現代半導體工藝兼容的半導體全電控量子芯片是量子計算機研制的重要方向之一。半導體量子點量子比特的制備、操控和多比特擴展是該研究方向的核心任務。郭國平研究組長期致力于半導體量子芯片的開發(fā)，目標是掌握半導體量子芯片制備與操控的核心工藝技術，先后于2013年實現半導體量子點單電荷量子比特超快普適量子邏輯門，2015年實現半導體量子點兩電荷量子比特的控制非邏輯門，并以此構建了基于半導體電荷量子比特的單比特和兩比特邏輯門單元庫。 rb
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　　三量子比特Toffoli門由兩個控制比特和一個目標比特構成，目標比特的量子態(tài)受控于兩個控制比特的量子態(tài)，是量子計算研究中一個普適的量子邏輯門。Toffoli門是構建量子糾錯碼的關鍵元素之一，用單比特門和兩比特門組合來構建三量子比特Toffoli門需要多達6個兩比特控制非門和10個單比特門。因此，一次性構建三量子比特Toffoli門可以大幅減少量子比特門操控的次數，突破現有退相干時間的限制，進一步提高量子計算的效率。研究者通過理論計算分析，設計了T型電極開口式六量子點結構，該結構使得控制比特與目標比特有較強的耦合，同時兩個控制比特之間的耦合較小，很好地滿足了實現兩個控制比特對目標比特受控非門的操控要求，利用優(yōu)化設計的高頻脈沖量子測控電路，成功實現了世界上第一個基于半導體量子點體系的三電荷量子比特Toffoli邏輯門，為可擴展、可集成化半導體量子芯片的研制奠定了基礎。 j\f$r,4  
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　　審稿人認為該工作是基于半導體量子點量子計算方面的一個重要進展，表示“這項工作詳細、清楚地表明了高水平的實驗技術，并將給從事全電控量子點量子計算研究領域的科研工作者帶來極高的研究興趣”。 =-LX)|x}  
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　　該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和教育部的資助。 Qiw4'xQm  
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