半導(dǎo)體量子芯片比特獲得高靈敏測量

2022年記者5月10日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊的郭國平、曹剛等人與本源量子計算有限公司合作，利用微波超導(dǎo)諧振腔實現(xiàn)了對半導(dǎo)體雙量子點的激發(fā)能譜測量。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際應(yīng)用物理知名期刊《應(yīng)用物理評論》上。

半導(dǎo)體系統(tǒng)具有良好的可擴展可集成特性，被認(rèn)為是最有可能實現(xiàn)通用量子計算的體系之一。近年來硅基半導(dǎo)體量子計算取得系列進(jìn)展，量子比特性能得到大幅提升，單比特和兩比特邏輯門保真度均已達(dá)到容錯量子計算閾值，如何進(jìn)一步擴展比特數(shù)量、提高比特讀取保真度成為該領(lǐng)域的重要議題。

電路量子電動力學(xué)以微波光子為媒介，不僅可以用來實現(xiàn)比特間長程耦合，還可以用于對比特的非破壞性、高靈敏探測，是量子比特擴展和讀出的一種重要方案。研究人員制備了鈮鈦氮微波諧振腔—半導(dǎo)體量子點復(fù)合器件，利用鈮鈦氮的高阻抗特性，大幅提高了微波諧振腔與量子比特的耦合強度，達(dá)到強耦合區(qū)間。進(jìn)一步通過在器件上施加方波脈沖，驅(qū)動電子在量子點的不同能級間躍遷，并利用高靈敏微波諧振腔讀取出了躍遷信號。利用該技術(shù)，課題組表征了雙量子點系統(tǒng)的能級譜圖，特別是利用信號對不同能級的響應(yīng)特性，給出了系統(tǒng)的自旋態(tài)占據(jù)信息。

該成果利用微波諧振腔對量子比特能級譜和自旋態(tài)進(jìn)行高靈敏測量，為將來實現(xiàn)半導(dǎo)體量子比特的高保真讀出提供了一種有效方法。

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