Sintonizzando la direzione del campo magnetico esterno rispetto all'asse cristallografico del wafer di silicio, un miglioramento della durata dello spin (tempo di rilassamento) di oltre due ordini di grandezza è stato riportato nei punti quantici di silicio. Questa svolta è stata effettuata da un team guidato dall'accademico Guo Guangcan del CAS Key Laboratory of Quantum Information, USTC, in cui il prof. Guo Guoping, Il Prof. Li Hai-Ou con i loro colleghi e Origin Quantum Computing Company Limited. Questo lavoro è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica il 23 giugno, 2020.

I qubit di spin basati su punti quantici di silicio sono stati un problema centrale nello sviluppo del calcolo quantistico su larga scala a causa del suo lungo tempo di coerenza e della compatibilità con la moderna tecnologia dei semiconduttori. Recentemente, il tempo di rilassamento e il tempo di sfasamento dei qubit di spin sviluppati in Si MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) e nell'eterostruttura Si/SiGe hanno superato centinaia di millisecondi e centinaia di microsecondi, rispettivamente, risultando in una fedeltà del controllo a singolo qubit superiore al 99,9% e una fedeltà del gate a due qubit superiore al 98%. Con il successo al college, laboratori e aziende del settore iniziano ad essere coinvolti in questo campo, come Intel, CEA-Leti, e IMEC. Però, l'esistenza di stati di valle (uno stato associato al tuffo in una particolare banda elettronica) nei punti quantici di silicio potrebbe ridurre seriamente il tempo di rilassamento dello spin e il tempo di sfasamento tramite il mix di spin-valle e limitare la fedeltà di controllo dei qubit. È stato riferito che a un certo campo magnetico, la miscelazione spin-valle potrebbe ridurre il tempo di rilassamento dello spin a meno di un millisecondo (anche un microsecondo in determinate condizioni), chiamato un "punto caldo" di rilassamento della rotazione. Quando il numero di qubit aumenta, questo fenomeno causerà un gran numero di qubit "cattivi" e impedisce un'ulteriore estensione a più qubit.

Un metodo tradizionale per sopprimere gli effetti negativi della miscelazione spin-valle consiste nell'aumentare l'entità della divisione della valle e spingere il qubit così lontano che gli stati di spin e valle non sono più mischiati. Però, poiché gli stati della valle sono influenzati da molteplici fattori dal materiale, che di solito non è uniforme, l'entità della scissione della valle è difficile da controllare (specialmente nell'eterostruttura Si/SiGe). Un approccio alternativo consiste nel controllare direttamente l'entità della miscelazione spin-valle. È stato riportato che nei punti quantici di GaAs, la forza dell'accoppiamento spin-orbita potrebbe essere regolata dall'orientamento del campo magnetico nel piano e il tempo di rilassamento dello spin è quindi esteso. Tuttavia, finora, non c'è ancora alcun rapporto su come la direzione del campo magnetico esterno influenzi la forza della miscelazione spin-valle nel silicio.

Per risolvere questo problema, Prof. Li Hai-Ou, Il prof. Guo Guoping ei suoi colleghi hanno fabbricato punti quantici Si MOS di alta qualità e ottenuto la lettura a colpo singolo dei qubit di spin. Sulla base di questa tecnica affidabile, hanno studiato l'effetto sia della forza che dell'orientamento del campo magnetico esterno sui tassi di rilassamento dello spin. Hanno scoperto che quando il campo magnetico esterno nel piano è orientato ad un certo angolo, il "punto caldo" di rilassamento della rotazione potrebbe essere "raffreddato" di due ordini di grandezza, aumentando il tempo di rilassamento da meno di un millisecondo a oltre cento millisecondi. Questa grande variazione indica che la miscelazione spin-valle è efficacemente soppressa, e getta le basi per la ricerca futura su come eliminare i qubit di spin dalla miscelazione di spin-valle. Anche, i ricercatori hanno scoperto che questa anisotropia potrebbe essere ancora superiore a due ordini di grandezza quando il campo elettrico viene variato. Ciò suggerisce che la grandezza dell'anisotropia è indipendente dal campo elettrico in un certo intervallo e potrebbe essere applicata a una serie di qubit che contengono diversi campi elettrici locali, che dovrebbe offrire nuove direzioni per l'ottimizzazione della lettura, controllo ed estensione multi-qubit di spin qubit basati su silicio.

Questo lavoro è molto apprezzato da arbitri anonimi, chi ha detto, "Questo lavoro offre un contributo importante per svelare i fenomeni sottostanti e risolvere il problema pratico di trovare le condizioni operative ottimali per sfruttare i gradi di libertà di spin nei punti quantici di silicio, " e "Lo studio presentato in questo manoscritto rappresenta uno dei pochi studi estesi realizzati per l'anisotropia di rilassamento di spin nei QD e fornisce potenziali nuovi modi per sondare anche le proprietà di anisotropia dei meccanismi di miscelazione di spin intervalle e intravalle , " e "La comprensione fisica dell'interazione tra spin, valle e orbitali gradi di libertà è portato a un livello successivo con questo lavoro."