半導(dǎo)體量子芯片比特獲得高靈敏測(cè)量

2022年記者5月10日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的郭國(guó)平、曹剛等人與本源量子計(jì)算有限公司合作，利用微波超導(dǎo)諧振腔實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體雙量子點(diǎn)的激發(fā)能譜測(cè)量。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國(guó)際應(yīng)用物理知名期刊《應(yīng)用物理評(píng)論》上。

半導(dǎo)體系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展可集成特性，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算的體系之一。近年來(lái)硅基半導(dǎo)體量子計(jì)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(cuò)量子計(jì)算閾值，如何進(jìn)一步擴(kuò)展比特?cái)?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(dòng)力學(xué)以微波光子為媒介，不僅可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)比特間長(zhǎng)程耦合，還可以用于對(duì)比特的非破壞性、高靈敏探測(cè)，是量子比特?cái)U(kuò)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(diǎn)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(qiáng)度，達(dá)到強(qiáng)耦合區(qū)間。進(jìn)一步通過(guò)在器件上施加方波脈沖，驅(qū)動(dòng)電子在量子點(diǎn)的不同能級(jí)間躍遷，并利用高靈敏微波諧振腔讀取出了躍遷信號(hào)。利用該技術(shù)，課題組表征了雙量子點(diǎn)系統(tǒng)的能級(jí)譜圖，特別是利用信號(hào)對(duì)不同能級(jí)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(duì)量子比特能級(jí)譜和自旋態(tài)進(jìn)行高靈敏測(cè)量，為將來(lái)實(shí)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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