一支德中研究团队成功地在半导体纳米结构中创建了量子叠加态，这标志着量子计算取得了重大突破。通过使用两个经过特殊校准的短波长光脉冲，该团队能够在半导体纳米结构中生成一个量子位，即量子比特。

一支德中研究团队成功地在半导体纳米结构中创建了一个量子位。利用一种特殊的能级跃迁，研究人员在量子点中——半导体中的一个微小区域——创建了一个叠加态，在这个叠加态中，一个电子空穴同时具有两个不同的能级。这种叠加态对于量子计算是基础的。

以前，诱导这种态需要一台能够在太赫兹范围内发出光的大型自由电子激光器。不幸的是，这个波长太长，无法精确地将光束聚焦在量子点上。然而，这个团队利用了两个精确校准的短波长光脉冲实现了激发。

该研究团队由杭州浙江大学的刘峰教授领导，与波鸿鲁尔大学的阿恩·路德维希博士领导的团队以及来自中国和英国的其他研究人员合作。他们的研究结果发表在2023年7月24日在线出版的《自然纳米技术》期刊上。

利用辐射俄歇过程的调控

为了实现这种叠加态，研究人员利用了辐射俄歇跃迁。在这个过程中，一个电子重新结合一个空穴，部分释放出光子能量，部分转移给另一个电子。这一过程也可以在电子空穴中观察到，也就是说，电子缺失。2021年，一个研究团队首次成功地特异地刺激半导体中的辐射俄歇跃迁。

在当前的项目中，研究人员展示了辐射俄歇过程可以被相干地驱动：他们使用了两束不同强度的激光光束，它们之间具有特定比例。通过第一束激光，他们激发了量子点中的电子空穴对，形成由两个空穴和一个电子组成的准粒子。通过第二束激光，他们触发了辐射俄歇过程，将一个空穴提升到一系列更高能级的状态。

量子叠加态的产生

研究人员使用精确调节的激光脉冲在空穴的基态和较高能级之间创建了一个叠加态。因此，空穴同时存在于两个状态。这种叠加态是量子比特的基础，与传统比特不同，量子比特不仅存在于“0”和“1”状态，还存在于两者的叠加态中。

Hans-Georg Babin在Andreas Wieck教授领导的应用固体物理学系的Arne Ludwig博士监督下，于博鲁尔大学制备了高纯度的半导体样品。在此过程中，研究人员提高了量子点的集体均质性，并确保了所制备结构的高纯度。这些措施有助于中国合作者与Jun-Yong Yan和Feng Liu合作进行实验。