本源量子联合中科大研究团队在二维材料栅控量子点器件研究方向取得新进展

集微网消息，近期，本源量子与中科大研究团队合作发表研究综述，总结了基于石墨烯、过渡金属硫族化合物等二维材料的栅控量子点器件的研究进展，并进行相关讨论。该研究进展以《二维材料栅控量子点》为题发表于《先进量子技术》杂志。

作为最早被发现的二维材料，具有弱自旋-轨道耦合和弱超精细相互作用的石墨烯被认为是构造自旋量子比特的理想材料之一。然而由于石墨烯的零能隙半金属特性，在石墨烯中束缚形成栅控量子点主要是利用反应离子刻蚀与局域氧化等技术实现的刻蚀型量子点（如图1(a)所示）。

为解决对刻蚀型石墨烯量子点中电子态的操控，受到刻蚀过程带来的边界态和无序电荷的影响，难以展现出其在量子信息应用中的优势这一问题，研究团队提出了不同的研究方案。

图1. 不同的二维材料栅控量子点器件结构示意图

其中，双层石墨烯因为可在垂直电场下打开可调的能隙，为利用电场实现量子点的束缚提供了可能（如图1(b)所示）。研究团队在双层石墨烯栅控量子点器件上对自旋-能谷物理开展了研究，为利用双层石墨烯量子点构造自旋/能谷量子比特奠定了基础。研究团队还对双层石墨烯量子点中的自旋能谷近藤效应进行了研究，展示了利用量子点器件研究介观物理的强大潜力。除了在石墨烯中引入能隙这一方案外，研究团队也尝试在天然具有能隙的二维半导体材料中开展栅控量子点器件的研究（如图1(c)所示）。

该研究综述还对二维材料栅控量子点器件领域未来的发展及面临的挑战进行了评述（如图2所示）。详细阐述了围绕构建基于二维材料量子点量子比特这一目标，在量子点电学信号读出、电子态操控及量子点间耦合集成等方面所面临的挑战。

图2. 二维材料栅控量子点器件在量子信息处理、介观物理现象研究等方面的发展前景

（校对/若冰）