超快、高相干 Ge 空穴自旋轨道量子比特的最优工作点

强自旋轨道相互作用使空穴量子点成为实现电学自旋量子比特操控的核心，从而支持快速、低功耗、可扩展的量子计算。然而，确立自旋轨道耦合在多大程度上使量子比特暴露于电噪声并促成退相干十分重要。此处以 Ge 为例，我们表明 IV 族栅定义空穴自旋量子比特普遍呈现由顶栅电场定义的最优工作点，在这些点上它们既快速又长寿命：退相位速率对空间各方向电场噪声的一阶项消失，电子偶极自旋共振强度最大化，而在小磁场下弛豫被急剧抑制。最优工作点的存在可追溯到 IV 族晶体对称性以及自旋-3/2 系统独有的 Rashba 自旋轨道相互作用的性质。我们的结果颠覆了快速操控意味着寿命缩短的常规认知，并提示 IV 族空穴自旋量子比特是超快、高相干可扩展量子计算的理想平台。