中科大在微波諧振腔探測半導(dǎo)體量子芯片上取得重要進(jìn)展

5月9日消息 據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊在微波諧振腔探測半導(dǎo)體量子芯片上取得重要進(jìn)展。

該團(tuán)隊郭國平、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(shí)現(xiàn)了對半導(dǎo)體雙量子點(diǎn)的激發(fā)能譜測量。相關(guān)研究成果以“Microwave-resonator-detected excited-state spectroscopy”為題，發(fā)表在 4 月 28 日出版的國際應(yīng)用物理知名期刊《Physical Review Applied》上。

據(jù)介紹，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(kuò)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(shí)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(kuò)展和讀出的一種重要方案。該工作中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)一步通過在器件上施加方波脈沖驅(qū)動電子在量子點(diǎn)的不同能級間躍遷，并利用高靈敏微波諧振腔讀取出躍遷信號。利用該技術(shù)，課題組表征了雙量子點(diǎn)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。

此前，郭國平研究組于 2021 年 2 月在《Science Bulletin》上報道的工作展示了利用微波諧振腔實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體兩量子比特長程耦合，并開發(fā)了新的譜學(xué)方法快速表征系統(tǒng)的耦合參數(shù)。在此研究基礎(chǔ)上，此次利用微波諧振腔對量子比特能級譜和自旋態(tài)的高靈敏測量，為將來實(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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