2023年8月8日下午，量子科学与工程研究院党委在深圳量子研究院518报告厅举办了第47期卓粤量子沙龙活动，本次沙龙邀请了荷兰代尔夫特理工大学薛潇博士为研究院师生带来主题为“Quantum computation with spins in silicon — coherence, integration, and scaling”的报告。本次沙龙由量子院党委纪检委员、教职工第二党支部书记贺煜主持。

电子自旋比特有着退相干时间长、操控精度高、与传统半导体行业加工工艺兼容、能进行片上大规模集成等优点，被认为是未来实现量子计算的潜在路线之一。薛潇博士从容错量子门、低温CMOS芯片控制、自旋比特腔耦合三个方面分享了他在电子自旋量子比特操控、集成和扩展方面的系列研究成果。

高保真量子门是大规模容错量子计算的第一步，薛潇博士首先介绍了他在容错量子门方面的工作。薛潇及其合作团队首先通过硅28纯化的技术大幅延长了自旋比特的退相干时间,接着他们通过微磁体构造人造自旋轨道耦合并进行了全电学单比特门操作，两比特门方面，薛潇等人利用对称操作、脉冲整形等技术手段对电子间交换相互作用进行调节，最后结合Gate Set Tomography的表征手段对门操作中的误差进行分析和较准，单比特门和两比特门保真度均能达到99.5%以上，满足表面码的纠错要求。

大规模容错量子计算的另一个难点是室温测控设备和低温量子芯片的电缆连接问题，通常的做法无法满足大规模的比特需求。薛潇及其Intel的合作团队报告了一种在3K下运行的低温CMOS控制芯片，该芯片被命名为“Horse Ridge”。他们利用该芯片产生的控制脉冲对位于20mK温区的电子自旋进行驱动，并获得保真度99%的单比特门，这与使用室温测试设备获得的结果几乎一致。同时，由于自旋比特已被证明可以在高达4K的环境下工作，低温CMOS控制芯片与自旋比特量子器件有望集成在同一芯片上，解决比特大规模集成中的布线难题。

最后薛潇博士介绍了他在模块化量子计算方面的研究工作。当电子被囚禁在双量子点中时，超导谐振腔中单个微波光子可以与电子的电偶极子进行耦合，并借助微磁体产生的梯度磁场进一步耦合到电子自旋上。在此基础上，薛潇等人利用片上高阻抗超导谐振腔对自旋比特进行了远程耦合，并最终实现了远距离自旋比特间的两比特门操作，该工作对于大规模容错量子计算具有显著价值。

报告最后，薛潇博士与在场师生就相关问题进行了充分的讨论，大家都获益良多。