中國(guó)科大在微波諧振腔探測(cè)半導(dǎo)體量子芯片上取得重要進(jìn)展

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

該團(tuán)隊(duì)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)研究成果以“Microwave-resonator-detected excited-state spectroscopy”為題，發(fā)表在 4 月 28 日出版的國(guó)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(jì)算的體系之一。近年來硅基半導(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。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(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。

此前，郭國(guó)平研究組于 2021 年 2 月在《Science Bulletin》上報(bào)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(zhǎng)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(duì)量子比特能級(jí)譜和自旋態(tài)的高靈敏測(cè)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。