近日，本源量子與中科大郭光燦團(tuán)隊(duì)合作，在利用微波諧振腔耦合與擴(kuò)展半導(dǎo)體量子比特研究中取得新進(jìn)展，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，并初步探索了利用片上微波光子耦合多量子比特的半導(dǎo)體量子芯片架構(gòu)。該研究成果近期在線發(fā)表在國產(chǎn)綜合性旗艦期刊Science Bulletin上。
Science Bulletin刊文截圖
半導(dǎo)體量子芯片
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)系統(tǒng)一直是量子計(jì)算研究者努力探索的目標(biāo)，半導(dǎo)體量子點(diǎn)技術(shù)由于具有良好的可擴(kuò)展性、與現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝技術(shù)兼容的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的重要候選者之一。
隨著半導(dǎo)體量子計(jì)算的不斷發(fā)展，近年來半導(dǎo)體量子比特的性能大幅提升，單比特和兩比特邏輯門操控保真度達(dá)到容錯(cuò)量子計(jì)算閾值（錯(cuò)誤率明顯低于閾值——0.1% 左右），如何實(shí)現(xiàn)多量子比特的擴(kuò)展與集成已成為該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。
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。
研究團(tuán)隊(duì)通過制備千歐量級(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。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了新型譜學(xué)表征方法。通過改變兩個(gè)量子比特的最小工作頻率，研究人員觀察到比特間耦合圖譜呈現(xiàn)出截然不同的幾何圖案，通過數(shù)值分析證明該演化圖譜可以快速、直觀地判斷系統(tǒng)耦合區(qū)間，并可推廣到多比特結(jié)構(gòu)及其他腔量子電動(dòng)力學(xué)體系。
實(shí)驗(yàn)原理與結(jié)果。圖片來源：arxiv
該方法從一個(gè)新的角度對(duì)微波腔-量子點(diǎn)雜化系統(tǒng)進(jìn)行了表征，有效提高了體系表征和參數(shù)調(diào)制的效率，也為探索以光子為耦合媒介的多比特系統(tǒng)相互作用提供了新的手段。該研究成果，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體量子比特耦合與擴(kuò)展，并初步探索利用片上微波光子耦合多量子比特的全新半導(dǎo)體量子芯片架構(gòu)，為未來研制集成化半導(dǎo)體量子芯片邁出堅(jiān)實(shí)一步。
量子計(jì)算技術(shù)有望提高當(dāng)前的計(jì)算速度和信息處理能力，而規(guī)模化通用量子計(jì)算機(jī)的誕生將極大地滿足現(xiàn)代信息的需求，在海量信息處理、重大科學(xué)問題研究等方面產(chǎn)生巨大影響，甚至對(duì)國家的國際地位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步、國防軍事和信息安全等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵性作用。
超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)——悟源
據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)為中國第一家量子計(jì)算企業(yè)，依托中科大中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，在量子計(jì)算領(lǐng)域有著深厚的技術(shù)積累與硬核的研發(fā)實(shí)力，同時(shí)開展超導(dǎo)和半導(dǎo)體兩條技術(shù)路線研究。今年9月，本源量子面向全球用戶推出基于國產(chǎn)工程化超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)——悟源的量子云服務(wù)，并預(yù)計(jì)在明年底推出60比特的悟源超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。
