我國科學家利用新型譜方法表征長程耦合半導體量子比特

半導體 2020-08-21 09:09

隨著半導體量子計算的不斷發展，半導體量子比特性能大幅提升，如何實現多量子比特擴展已成為該領域的一個重要研究熱點。利用微波諧振腔中的光子作為媒介實現比特間相互作用被認為是最具潛力的擴展方式之一，而這一方案的首要條件是實現量子比特與微波諧振腔的強耦合（量子比特與微波諧振腔的耦合速率大于比特、光子的耗散速率）。由于傳統譜學方法無法對光子造成的調制作用尋址，僅能對單個比特依次進行表征、調節，因此在對多比特雜化體系的性質表征、比特參數調節時存在困難。

中國科學技術大學的研究團隊在實現兩個半導體量子比特與微波諧振腔強耦合的基礎上，開發出新型譜學方法并系統表征了兩比特間的耦合強度演化。研究人員制備了千歐姆量級的高阻抗SQUID(超導量子干涉器)陣列諧振腔，大幅提高了半導體量子比特與諧振腔的耦合強度，實現了兩個非近鄰量子比特間的強耦合。在此基礎上，課題組進一步發展了新型譜表征方法。與傳統表征方法不同，研究人員通過改變兩個量子比特的工作頻率得到兩比特相關演化譜，發現這一演化譜隨比特最小工作頻率呈現出截然不同的幾何圖案，并系統分析了圖案隨體系特征參數的演化規律。該方法從一個新的角度（參數空間）對雜化系統進行表征，提供了一種在多比特情況下也適用的新型譜學表征方法，有效的提高了表征多比特雜化系統、調制比特參數的效率，為研究以光子為耦合媒介的多比特系統的相互作用提供了新的研究思路。