量子科技中心_量科网

量子计算的每个周期都需要进行量子态初始化。对于基于半导体的量子平台，初始化通常通过缓慢的微波过程完成，且往往需要冷却至仅最低量子能级被占据的极低温环境。硅材料中最常见的杂质是硼原子，其空穴束缚轨道包含一个有效自旋为3/2的基态，以及类似氢原子里德伯系列的激发态。该研究团队通过引入原子物理学中的光学泵浦技术——利用轨道激发态优先占据目标基态自旋——成功将初始化温度要求降低，并将速度提升千倍以上。在无应变硅材料的轨道基态中，自旋弛豫速度快得无法用传统脉冲微波技术测量（除非低于2K），这意味着不仅需要快速态制备，还需快速态读取。自由电子激光器产生的圆偏振约10太赫兹光子脉冲在3K以上温度同时满足这两项需求：9皮秒脉冲可增强“1s”类基态轨道中某个自旋本征态的布居数，随后第二个脉冲则探测这种自旋布居数的不平衡。根据实验数据参数计算得出，在应变硅中的硼原子自旋有望在3K温度下于250皮秒内实现99%的初始化效率。对于众多其他具有太赫兹激发的固态量子系统而言，这种用太赫兹光子替代微波光子带来的态制备与测量加速效应值得深入研究，这些激发态可能作为中间态发挥重要作用。