自旋量子比特在半导体量子点（gate-defined quantum dot，多为 Si/SiGe 或 GaAs 异质结）中囚禁单个电子（或空穴），以其自旋二能级充当量子比特。尺寸仅数十纳米——与晶体管同量级，是所有平台中”最小”的比特。
- 单比特门用微波电子自旋共振（通过微磁体梯度或电偶极自旋共振 ESR/EDSR）驱动，门时间纳秒级；
- 二比特门靠交换相互作用（相邻点势垒调控）或杂散电子介导，保真度公开报道已达 99% 量级；
- 读出用自旋—电荷转换（Pauli 阻塞 + 电荷传感）。
要点
- 工艺契合：器件尺度与晶体管同量级，理论上最能借力成熟 CMOS 产线（Intel 已演示 300 mm 晶圆上的量子点阵列；Intel “Tunnel Falls” 等为代表性芯片）；硅自旋也是”全电控”路线，低温 CMOS 控制电路可与比特同片集成。
- 同位素纯化的红利：天然 Si 含 4.7% 自旋核 ²⁹Si，是退相干主源之一；²⁸Si 富集（自旋为零）后单比特相干时间提升到毫秒量级，是平台最重要的一步工艺投资。
- 挑战：单个量子点的能级涨落（interface roughness、残余核自旋噪声）导致比特不一致，校准开销大；长程互联缺乏（仅有相邻交换），适合与表面码类近邻纠错耦合。
- 理论上限高（电控门快、可极小尺寸），是中期规模化候选之一；空穴自旋（强自旋轨道耦合、纯电控）与锗平台是新兴变体。
关联词条
参考文献
- D. Loss, D. P. DiVincenzo. Quantum Computation with Quantum Dots. Phys. Rev. A 57, 120 (1998). arXiv:cond-mat/9701055 —— 路线奠基。
- M. Veldhorst et al. A Two-Qubit Logic Gate in Silicon. Nature 526, 410 (2015).