Genom att ställa in riktningen för det externa magnetfältet med avseende på kiselskivans kristallografiska axel, en förbättring av spin-livslängden (avslappningstid) med över två storleksordningar rapporterades i kiselkvantprickar. Detta genombrott genomfördes av ett team ledd av akademikern Guo Guangcan från CAS Key Laboratory of Quantum Information, USTC, där prof. Guo Guoping, Prof. Li Hai-Ou med sina kollegor och Origin Quantum Computing Company Limited. Detta arbete publicerades i Fysiska granskningsbrev den 23 juni, 2020.

Spin qubits baserade på kiselkvantprickar har varit en kärnfråga i utvecklingen av storskalig kvantberäkning på grund av dess långa koherenstid och kompatibiliteten med modern halvledarteknologi. Nyligen, relaxationstiden och avfasningstiden för spin-qubits utvecklade i Si MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) och Si/SiGe-heterostrukturen har överträffat hundratals millisekunder och hundratals mikrosekunder, respektive, vilket resulterar i en enkel-qubit-kontrolltrohet över 99,9% och en två-qubit-gatefidelitet över 98%. Med framgångarna på college, labb och företag från industrin börjar engagera sig i detta område, som Intel, CEA-Leti, och IMEC. Dock, förekomsten av daltillstånd (ett tillstånd som är associerat med nedgången i ett visst elektroniskt band) i kvantprickar av kisel skulle kunna minska spinrelaxationstiden och avfasningstiden allvarligt via spinndalblandning och begränsa kontrolltroheten för qubits. Det rapporterades att vid ett visst magnetfält, Spin-dal-blandning kan minska spinrelaxationstiden till kortare än en millisekund (även en mikrosekund under vissa förhållanden), kallas en spinavslappning "hot spot". När antalet qubits ökar, detta fenomen kommer att orsaka ett stort antal "dåliga" qubits och hindrar ytterligare utvidgning till fler qubits.

En traditionell metod för att undertrycka de negativa effekterna av spin-dal-blandning är att öka omfattningen av dalklyvningen och trycka qubiten så långt bort att spinn- och daltillstånden inte längre blandas. Dock, eftersom daltillstånden påverkas av flera faktorer från materialet, som vanligtvis inte är enhetlig, storleken på daldelning är svår att kontrollera (särskilt i Si/SiGe-heterostrukturen). Ett alternativt tillvägagångssätt är att direkt styra omfattningen av spin-dal-blandning. Det rapporterades att i GaAs kvantprickar, styrkan hos spin-omloppskopplingen skulle kunna avstämmas av magnetfältets orientering i planet och spinrelaxationstiden förlängs därför. Ändå, än så länge, det finns fortfarande ingen rapport om hur den externa magnetfältets riktning påverkar styrkan av spin-valley-blandning i kisel.

För att lösa detta problem, Prof. Li Hai-Ou, Prof. Guo Guoping och deras kollegor tillverkade högkvalitativ Si MOS-kvantprick och uppnådde engångsavläsning av spin-qubits. Baserat på denna pålitliga teknik, de undersökte effekten av både styrkan och orienteringen av det externa magnetfältet på spinrelaxationshastigheter. De hittade när det externa magnetfältet i planet är orienterat i en viss vinkel, spinrelaxations "hot spot" kan "kylas ner" med två storleksordningar, öka avslappningstiden från under en millisekund till över hundra millisekunder. Denna stora variation indikerar att spin-dal-blandning effektivt undertrycks, och det lägger en grund för framtida forskning om hur man kan befria spinn-qubits från spin-valley-blandning. Också, forskarna fann att denna anisotropi fortfarande kan vara över två storleksordningar när det elektriska fältet varieras. Detta tyder på att anisotropistorleken är elektriskt fältoberoende inom ett visst område och den kan appliceras på en array av qubits som innehåller olika lokala elektriska fält, som bör erbjuda nya anvisningar för att optimera avläsningen, kontroll och multi-qubit-förlängning av kiselbaserade spin-qubits.

Detta arbete är mycket uppskattat av anonyma referenter, vem sa, "Detta arbete ger ett viktigt bidrag till att reda ut de underliggande fenomenen och lösa det praktiska problemet med att hitta de optimala driftsförhållandena för att utnyttja spinnfrihetsgraderna i kiselkvantprickar, " och "Studien som presenteras i detta manuskript representerar en av de få omfattande studier som har genomförts för spinrelaxationsanisotropi i QDs och ger potentiella nya sätt att undersöka även anisotropiegenskaperna hos spinnblandningsmekanismer mellan dalen och inom dalen, " och "Den fysiska förståelsen av samspelet mellan spinn, frihetsgrader i dalen och omloppsbanan tas till nästa nivå med detta arbete."