近日，本源量子與中科大郭光燦團隊合作，在利用微波諧振腔耦合與擴展半導體量子比特研究中取得新進展，實現(xiàn)兩個半導體量子比特與微波諧振腔強耦合，并初步探索了利用片上微波光子耦合多量子比特的半導體量子芯片架構。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
半導體量子芯片
傳統(tǒng)的半導體量子點系統(tǒng)一直是量子計算研究者努力探索的目標，半導體量子點技術由于具有良好的可擴展性、與現(xiàn)代半導體工藝技術兼容的優(yōu)點，被認為是最有可能實現(xiàn)量子計算的重要候選者之一。
隨著半導體量子計算的不斷發(fā)展，近年來半導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到容錯量子計算閾值（錯誤率明顯低于閾值——0.1% 左右），如何實現(xiàn)多量子比特的擴展與集成已成為該領域的一個重要研究方向。
利用微波諧振腔中的光子作為媒介實現(xiàn)比特間相互作用被認為是最具潛力的擴展方式之一。
研究團隊通過制備千歐量級的高阻抗SQUID（超導量子干涉器）陣列諧振腔，大幅提高了半導體量子比特與諧振腔的耦合強度，實現(xiàn)了兩個非近鄰量子比特間的強耦合。并在此基礎上，進一步發(fā)展了新型譜學表征方法。通過改變兩個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構及其他腔量子電動力學體系。
實驗原理與結果。圖片來源：arxiv
該方法從一個新的角度對微波腔-量子點雜化系統(tǒng)進行了表征，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，實現(xiàn)了半導體量子比特耦合與擴展，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體量子芯片架構，為未來研制集成化半導體量子芯片邁出堅實一步。
量子計算技術有望提高當前的計算速度和信息處理能力，而規(guī)模化通用量子計算機的誕生將極大地滿足現(xiàn)代信息的需求，在海量信息處理、重大科學問題研究等方面產(chǎn)生巨大影響，甚至對國家的國際地位、經(jīng)濟發(fā)展、科技進步、國防軍事和信息安全等領域發(fā)揮關鍵性作用。
超導量子計算機——悟源
據(jù)悉，該團隊為中國第一家量子計算企業(yè)，依托中科大中科院量子信息重點實驗室研究團隊，在量子計算領域有著深厚的技術積累與硬核的研發(fā)實力，同時開展超導和半導體兩條技術路線研究。今年9月，本源量子面向全球用戶推出基于國產(chǎn)工程化超導量子計算機——悟源的量子云服務，并預計在明年底推出60比特的悟源超導量子計算機。
