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众所周知，谷分裂能级低且波动大是硅基电子自旋量子比特面临的核心挑战之一，严重制约着硅基量子处理器的可扩展性。针对硅锗异质结构体系，该研究团队提出通过外延层堆叠设计来解决这一难题。此前研究已提出多种启发式策略来增强应变硅/硅锗量子阱中两个近简并谷态间的能隙，例如构建陡峭界面、插入锗尖峰或在量子阱内设计振荡型锗浓度分布。该工作开发了一套系统的变分优化方法，通过计算最优锗浓度分布来增强特定区间谷耦合矩阵元特性。这种自由形态优化方法结合了多项工艺约束条件，确保所得外延结构具有可实现性。该方法基于考虑应变和组分合金无序效应的有效质量包络函数理论，此前提出的多种异质结构设计均可视为该约束优化问题的特例。该团队最重要的成果是提出名为“调制波纹阱”的新型异质结构设计，该设计不仅能大幅提升谷分裂能级确定性增强效果，还能可靠抑制无序诱导的能级波动。此外，这种新结构可通过垂直电场实现200微电子伏至1毫电子伏范围内的宽域调谐，为研制具有按需可调谷分裂特性的可切换量子比特提供了全新技术路径。