我国科学家利用新型谱方法表征长程耦合半导体量子比特

随着半导体量子计算的不断发展，半导体量子比特性能大幅提升，如何实现多量子比特扩展已成为该领域的一个重要研究热点。利用微波谐振腔中的光子作为媒介实现比特间相互作用被认为是最具潜力的扩展方式之一，而这一方案的首要条件是实现量子比特与微波谐振腔的强耦合（量子比特与微波谐振腔的耦合速率大于比特、光子的耗散速率）。由于传统谱学方法无法对光子造成的调制作用寻址，仅能对单个比特依次进行表征、调节，因此在对多比特杂化体系的性质表征、比特参数调节时存在困难。

中国科学技术大学的研究团队在实现两个半导体量子比特与微波谐振腔强耦合的基础上，开发出新型谱学方法并系统表征了两比特间的耦合强度演化。研究人员制备了千欧姆量级的高阻抗SQUID（超导量子干涉器）阵列谐振腔，大幅提高了半导体量子比特与谐振腔的耦合强度，实现了两个非近邻量子比特间的强耦合。在此基础上，课题组进一步发展了新型谱表征方法。与传统表征方法不同，研究人员通過改变两个量子比特的工作频率得到两比特相关演化谱，发现这一演化谱随比特最小工作频率呈现出截然不同的几何图案，并系统分析了图案随体系特征参数的演化规律。该方法从一个新的角度（参数空间）对杂化系统进行表征，提供了一种在多比特情况下也适用的新型谱学表征方法，有效的提高了表征多比特杂化系统、调制比特参数的效率，为研究以光子为耦合媒介的多比特系统的相互作用提供了新的研究思路。

（来源：中华人民共和国科学技术部http：//www.most.gov.cn2020-08-20）