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我國科學(xué)家利用新型譜學(xué)方法表征長程耦合半導(dǎo)體量子比特
2020年08月24日 15:42:04
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5029
如何實(shí)現(xiàn)多量子比特?cái)U(kuò)展已成為該領(lǐng)域的一個重要研究熱點(diǎn)。利用微波諧振腔中的光子作為媒介實(shí)現(xiàn)比特間相互作用被認(rèn)為是具潛力的擴(kuò)展方式之一，而這一方案的首要條件是實(shí)現(xiàn)量子比特與微波諧振腔的強(qiáng)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）。
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】近年來，有關(guān)半導(dǎo)體量子計(jì)算的相關(guān)研究一直備受青睞，原因在于傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝已經(jīng)十分成熟，如果能夠以半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)的后續(xù)部署將可以更加順利。
基于此，我國科學(xué)家積累了多項(xiàng)半導(dǎo)體量子計(jì)算領(lǐng)域的核心技術(shù)：諸如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭國平教授研究組在砷化鎵半導(dǎo)體量子點(diǎn)中制備了高速操控的單電荷量子比特(2013)和雜化量子比特(2016)，演示了兩電荷量子比特的受控非門(2015，圖1(a))，并在上首次演示了半導(dǎo)體三量子比特的受控操作(2018)等。
如今，如何實(shí)現(xiàn)多量子比特?cái)U(kuò)展已成為該領(lǐng)域的一個重要研究熱點(diǎn)。利用微波諧振腔中的光子作為媒介實(shí)現(xiàn)比特間相互作用被認(rèn)為是具潛力的擴(kuò)展方式之一，而這一方案的首要條件是實(shí)現(xiàn)量子比特與微波諧振腔的強(qiáng)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)。
但是，由于傳統(tǒng)譜學(xué)方法無法對光子造成的調(diào)制作用尋址，僅能對單個比特依次進(jìn)行表征、調(diào)節(jié)，因此在對多比特雜化體系的性質(zhì)表征、比特參數(shù)調(diào)節(jié)時存在困難。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)兩個半導(dǎo)體量子比特與微波諧振腔強(qiáng)耦合的基礎(chǔ)上，開發(fā)出新型譜學(xué)方法并系統(tǒng)表征了兩比特間的耦合強(qiáng)度演化。研究人員制備了千歐姆量級的高阻抗SQUID(超導(dǎo)量子干涉器)陣列諧振腔，大幅提高了半導(dǎo)體量子比特與諧振腔的耦合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了兩個非近鄰量子比特間的強(qiáng)耦合。在此基礎(chǔ)上，課題組進(jìn)一步發(fā)展了新型譜表征方法。
與傳統(tǒng)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(guān)演化譜，發(fā)現(xiàn)這一演化譜隨比特小工作頻率呈現(xiàn)出截然不同的幾何圖案，并系統(tǒng)分析了圖案隨體系特征參數(shù)的演化規(guī)律。該方法從一個新的角度(參數(shù)空間)對雜化系統(tǒng)進(jìn)行表征，提供了一種在多比特情況下也適用的新型譜學(xué)表征方法，有效的提高了表征多比特雜化系統(tǒng)、調(diào)制比特參數(shù)的效率，為研究以光子為耦合媒介的多比特系統(tǒng)的相互作用提供了新的研究思路。
資料參考：科技部
(原標(biāo)題：我國科學(xué)家利用新型譜方法表征長程耦合半導(dǎo)體量子比特）
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