中国科学技术大学郭广灿院士团队在微波谐振腔检测半导体量子芯片方面取得了重要进展。
该团队的郭、等人与量子计算有限公司合作，利用微波超导谐振器实现了半导体双量子点的激发能谱测量。相关研究成果《微波谐振腔探测激发态光谱学》发表于4月28日出版的国际知名应用物理杂志《Physical Review Applied》。
据介绍，半导体系统具有良好的可扩展性和集成特性，被认为是最有可能实现通用量子计算的系统之一。近年来，硅基半导体量子计算取得了一系列进展，量子比特的性能得到了很大的提高。单比特和二比特逻辑门的保真度已经达到了容错量子计算的阈值。如何进一步扩大比特数，提高比特读取的保真度，已经成为该领域的一个重要课题。
电路量子电动力学，以微波光子为介质，不仅可以用于实现比特间的长程耦合，还可以用于比特的无损、高灵敏度检测，是扩展和读出量子比特的重要方案。在这项工作中，研究人员制备了铌钛氮微波谐振器-半导体量子点复合器件，利用铌钛氮的高阻抗特性，大大提高了微波谐振器与量子位之间的耦合强度，达到了强耦合范围。此外，通过在器件上施加方波脉冲，驱动电子在量子点的不同能级之间跃迁，并利用高灵敏度的微波谐振腔读出跃迁信号。利用该技术，特别是利用信号对不同能级的响应特性，表征了双量子点系统的能级谱，给出了系统的自旋态占据信息。
此前，郭课题组于2021年2月在《Science Bulletin》上报道了利用微波谐振腔实现半导体中两个量子位的远程耦合，并开发了一种新的光谱方法来快速表征系统的耦合参数。在此基础上，利用微波谐振腔高灵敏度地测量量子位的能级谱和自旋态，为未来实现半导体量子位的高保真读出提供了一种有效的方法。
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