中国科大在半导体量子比特耦合与扩展方面取得进展

中国科学技术大学郭光灿院士团队郭国平课题组与合作者及本源量子计算公司在利用微波谐振腔耦合与扩展半导体量子比特研究中取得新进展。课题组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，开发新型谱学方法系统表征了两量子比特间耦合模式的演化。该研究成果近期在线发表在国产综合性旗舰期刊Science Bulletin上。

半导体量子点由于具有良好的可扩展性、与现代半导体工艺技术兼容的优点，是量子计算的重要候选载体之一。随着半导体量子计算的不断发展，近年来半导体量子比特的性能大幅提升，单比特和两比特逻辑门操控保真度达到容错量子计算阈值，如何实现多量子比特的扩展与集成已成为该领域的一个重要研究方向。

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。相较于阻抗为50 欧姆的传统微波腔，课题组制备了千欧量级的高阻抗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学表征方法。通过改变两个量子比特的最小工作频率，研究人员观察到比特间耦合图谱呈现出截然不同的几何图案，通过数值分析证明该演化图谱可以快速、直观地判断系统耦合区间，并可推广到多比特结构及其他腔量子电动力学体系。该方法从一个新的角度对微波腔-量子点杂化系统进行了表征，有效提高了体系表征和参数调制的效率，为探索以光子为耦合媒介的多比特系统相互作用提供了新的手段。

中科院量子信息重点实验室郭国平教授、曹刚教授为论文共同通讯作者，王保传副研究员、博士生林霆、李海欧研究员为论文共同第一作者。该工作得到科技部、国家自然科学基金委、中科院和安徽省等的支持。

 两比特通过SQUID阵列腔耦合示意图

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.10.005

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1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”，公众号名称正源于此。