我國(guó)科學(xué)家利用新型譜方法表征長(zhǎng)程耦合半導(dǎo)體量子比特

    隨著半導(dǎo)體量子計(jì)算的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體量子比特性能大幅提升，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(gè)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)為是最具潛力的擴(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）。由于傳統(tǒng)譜學(xué)方法無(wú)法對(duì)光子造成的調(diào)制作用尋址，僅能對(duì)單個(gè)比特依次進(jìn)行表征、調(diào)節(jié)，因此在對(duì)多比特雜化體系的性質(zhì)表征、比特參數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)存在困難。

    中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(jí)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(gè)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(guò)改變兩個(gè)量子比特的工作頻率得到兩比特相關(guān)演化譜，發(fā)現(xiàn)這一演化譜隨比特最小工作頻率呈現(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(gè)新的角度（參數(shù)空間）對(duì)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。