量子计算机由于其潜在的巨大计算能力而备受关注。近10年来,硅量子点中的自旋量子比特越来越被认为是最有前途的量子计算系统之一。硅量子点中自旋量子比特的优势主要包括:超长的相干时间、纳米尺度的结构尺寸、潜在的可扩展性和与传统半导体工业的兼容性。传统的基于电子自旋共振的比特操控方式是利用微波天线产生的交变磁场来实现自旋比特翻转,其比特翻转速率较慢。为了提高比特的品质参数（相干时间与操控时间的比值）,提高量子比特的操控速率尤为重要。一种有效的实验方案是利用电偶极自旋共振来实现比特翻转,该方案需要系统有较强的自旋轨道耦合效应。在硅量子点中,由于电子的本征自旋轨道耦合强度较弱,导致对基于自旋轨道耦合制备的自旋量子比特进行操作变得非常困难。因此,研究如何增强硅量子点中的自旋轨道耦合强度,从而实现快速的自旋量子比特操控,就显得非常重要。在本文中,我们通过在硅量子点附近制备微磁体结构来增强系统的自旋轨道耦合强度。基于这种带微磁体的硅量子点,我们对如何实现硅量子点中的单自旋量子比特操作进行了系统性研究:提出了一种阈值无关的单发读出方式实现了量子比特自旋态的高保真度读取;利用快速绝热通道方法实现了自旋量子比特共振频率的快速标定;利用翻转模式电偶极自旋共振增强系统的自旋轨道耦合强度,将自旋比特的品质参数调高了一个数量级。论文主要包括以下部分:1.简要介绍量子计算机的相关背景、硅基栅极电控量子点的基本性质和自旋量子比特的基本操作方法,其中包括单比特和两比特操作。2.简要介绍基本实验方法,包括量子点结构、量子点制备、极低温测量技术和测控系统。3.阐述硅量子点中阈值无关单发读出方法。简要介绍硅量子点的两个基本表征方法:电荷稳定图和电子隧穿的实时观测信号,并基于这两种方法实现自旋信号的单发读出。详细介绍测量数据的处理过程,并从测量数据对读出过程进行分析,最终实现硅量子点中阈值无关单发读出,提高了读取结果的保真度。4.研究硅量子点中自旋量子比特的性质。采用微磁体结构增加自旋轨道耦合强度,并通过快速绝热通道增加电子自旋共振频率的探测带宽和信噪比。在实验中对使用了微磁体结构的量子点样品施加啁啾波形,实现对电子自旋共振频率的快速标定。最终在实验中成功观测到拉比（Rabi）振荡,并对电子自旋退相干时间进行表征。5.研究硅量子点中翻转模式单自旋量子比特。简要介绍了“翻转模式”电偶极自旋共振的实验原理,进一步在实验上演示了翻转模式的比特操控,当量子点工作在双量子点结构的对称点时,自旋轨道耦合强度会增强,最终将自旋量子比特的Rabi频率和质量因子提高一个数量级。本文的主要创新点包括:1.首次提出了一种硅量子点中阈值无关的自旋态单发读出方法,实现了自旋态的高保真度读取。2.通过在硅量子点附近集成微磁体结构的方式,提高体系的自旋轨道耦合强度,实现了单电子自旋量子比特的制备和相干操控。3.首次在硅量子点中通过单发读出实现翻转模式单自旋量子比特操控,提高系统自旋轨道耦合强度,并将自旋量子比特的Rabi振荡频率和品质参数提升了一个数量级。