一個(gè)分別來(lái)自德國(guó)和中國(guó)的研究小組成功地在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建了量子疊加態(tài)，標(biāo)志著量子計(jì)算領(lǐng)域的重大突破。通過使用兩個(gè)經(jīng)過特別校準(zhǔn)的短波長(zhǎng)激光脈沖，該研究小組成功地在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了一個(gè)量子比特（或稱量子位）。
研究小組成功地在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了量子位。研究人員利用一種特殊的能量轉(zhuǎn)換，在量子點(diǎn)（半導(dǎo)體的一個(gè)微小區(qū)域）中產(chǎn)生了一種疊加態(tài)，其中一個(gè)電子空穴同時(shí)擁有兩個(gè)不同的能級(jí)。這種疊加態(tài)是量子計(jì)算的基礎(chǔ)。
以前，要誘導(dǎo)這種狀態(tài)，必須使用能夠發(fā)射太赫茲范圍光線的大型自由電子激光器。遺憾的是，這種波長(zhǎng)太長(zhǎng)，無(wú)法將光束準(zhǔn)確聚焦到量子點(diǎn)上。不過，該團(tuán)隊(duì)利用兩個(gè)經(jīng)過仔細(xì)校準(zhǔn)的短波長(zhǎng)激光脈沖實(shí)現(xiàn)了激發(fā)。
以杭州浙江大學(xué)的劉鋒為首的研究小組與波鴻魯爾大學(xué)的阿爾內(nèi)-路德維希博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組以及其他來(lái)自中國(guó)和英國(guó)的研究人員一起，在2023年7月24日在線出版的《自然-納米技術(shù)》雜志上報(bào)告了他們的研究成果。
研究人員成功地在一種半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建了一種量子疊加態(tài)，它可能成為量子計(jì)算的基礎(chǔ)。訣竅在于：兩個(gè)光學(xué)激光脈沖可作為一個(gè)太赫茲激光脈沖。(波鴻研究團(tuán)隊(duì)：Hans-Georg Babin（左）和Arne Ludwig）。資料來(lái)源：RUB，Marquard
為了實(shí)現(xiàn)這種疊加態(tài)，研究人員利用了輻射奧格轉(zhuǎn)變。在這一過程中，一個(gè)電子與一個(gè)空穴重新結(jié)合，部分能量以光子形式釋放，部分能量轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電子上。電子空穴--換句話說，缺失的電子--也會(huì)發(fā)生同樣的過程。2021年，一個(gè)研究小組首次成功地專門激發(fā)了半導(dǎo)體中的輻射奧杰轉(zhuǎn)變。
在當(dāng)前的項(xiàng)目中，研究人員證明了輻射奧杰過程可以被相干驅(qū)動(dòng)：他們使用了兩束不同的激光，其強(qiáng)度相互之間有特定的比例。通過第一束激光，他們激發(fā)了量子點(diǎn)中的電子-空穴對(duì)，產(chǎn)生了由兩個(gè)空穴和一個(gè)電子組成的準(zhǔn)粒子。利用第二束激光，他們觸發(fā)了輻射奧杰過程，將一個(gè)空穴提升到一系列更高的能量狀態(tài)。
研究人員利用微調(diào)激光脈沖在空穴基態(tài)和高能態(tài)之間產(chǎn)生疊加。這樣，空穴就同時(shí)存在于這兩種狀態(tài)中。這種疊加是量子比特的基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)比特不同，量子比特不僅存在于"0"和"1"兩種狀態(tài)，而且還存在于這兩種狀態(tài)的疊加中。
漢斯-格奧爾格-巴賓（Hans-Georg Babin）在波鴻魯爾大學(xué)由安德烈亞斯-維克（Andreas Wieck）教授領(lǐng)導(dǎo)的應(yīng)用固體物理教席的阿爾內(nèi)-路德維希（Arne Ludwig）博士的指導(dǎo)下，制作了用于實(shí)驗(yàn)的高純度半導(dǎo)體樣品。在此過程中，研究人員提高了量子點(diǎn)的集合均勻性，并確保了所生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的高純度。這些措施為與嚴(yán)俊勇和劉峰合作的中國(guó)合作伙伴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)提供了便利。
