1. 传统砷化镓半导体量子点量子比特研究
半导体量子点由于其良好的扩展性和集成性是实现固态量子计算的最有力候选者。由单电子在双量子点中的左右量子点的占据态编码的电荷量子比特有众多的优越性，成为量子计算研究最热门的研究方向。首先，电荷量子比特门操作速度可以较大范围的调节，达到GHz的频率；其次，电荷量子比特的制备、操控和读取可以用全电学操控来完成；最后，电子电荷自由度作为量子比特可以与现有信息处理技术兼容，并且可以利用先进的半导体工艺技术完成大面积的扩展和集成。
一个单量子比特逻辑门操控和一个两量子比特受控非门可以组合任意一个普适量子逻辑门操控，而实现普适量子逻辑门操控是实现量子信息处理过程的最关键技术。国际上主要有美国哈佛大学、威斯康星大学等集中在电子电荷量子比特的量子计算研究，我们研究团队在2013年成功实现了半导体超快普适单比特量子逻辑门（Nat. Commun. 4:1401 (2013)，经过两年的摸索和积累，研究组在2015年成功实现两个电荷量子比特的控制非门，其操控最短在200皮秒以内完成。相对于国际上目前电子自旋两量子比特的最高水平，新的半导体两量子比特的操控速度提高了数百倍。单比特和两比特的量子逻辑门的完成，表明量子计算所需的所有基本量子逻辑门都可以在半导体上通过全电控制方式实现。这种方式具有操控方便、速度超快、可集成化、并兼容传统半导体电子技术等重要优点，是进一步研制实用化半导体量子计算的坚实基础。
图示为单量子比特操控和两量子比特操控实验样品和实验测量图。
相关文献：
1.Hai-Ou Li, Gang Cao, Guo-Ping Guo, et al. Conditional Rotation of Two Strongly Coupled Semiconductor Charge Qubits, Nature Communications 6, 8681(2015).
2.Gang Cao, Hai-Ou Li, Guo-ping Guo, et al. Ultrafast universal quantum control of a quantum-dot charge qubit using Landau-Zener-Stuckelberg interference. Nature. Communications. 4, 1401 (2013 ).
3.Shi, Z. et al. Fast coherent manipulation of three-electron states in a double quantum dot. Nature. Communications. 5, 3020 (2014).
4.Kim, D. et al. Quantum control and process tomography of a semiconductor quantum dot hybrid qubit. Nature 511, 70–74 (2014).
5.Do hun Kim et al. Microwave-driven coherent operatio of a semiconductor quantum dot charge qubit. Nature. Nanotechnology. 10, 243–247 (2014).
6.Peters son, K . D . et al. Quantum coherence in a one-electron semiconductor charge qubit， Phys. Rev. Lett. 105, 246804 (2010).
中国科学院量子信息重点实验室