Блог

Jul 22, 2023

Параметрическая продольная связь между высоким

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4773 (2022) Цитировать эту статью 3482 Доступов 6 Цитирований 2 Подробности Altmetric Metrics Соединение кубитов со сверхпроводящим резонатором обеспечивает механизм

Nature Communications, том 13, номер статьи: 4773 (2022) Цитировать эту статью

3482 Доступа

6 цитат

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Соединение кубитов со сверхпроводящим резонатором обеспечивает механизм, позволяющий осуществлять операции запутывания на больших расстояниях в квантовом компьютере, основанном на спинах в полупроводниковых материалах. Здесь мы демонстрируем управляемую спин-фотонную связь, основанную на продольном взаимодействии спинового кубита и резонатора. Мы показываем, что соединение синглет-триплетного кубита со сверхпроводящим резонатором с высоким импедансом может обеспечить желаемую продольную связь, когда кубит приводится в движение вблизи частоты резонатора. Мы измеряем энергетическое расщепление кубита как функцию возбуждающей амплитуды и частоты микроволнового сигнала, приложенного вблизи пучности резонатора, обнаруживая выраженные эффекты вблизи частоты резонатора из-за продольной связи. Подстраивая амплитуду привода, мы достигаем режима с продольной связью, превышающей 1 МГц. Этот механизм связи кубит-резонатор представляет собой ступеньку на пути к созданию высокоточных двухкубитных вентилей с помощью сверхпроводящего резонатора.

Электронные спины в полупроводниковых материалах, таких как арсенид галлия (GaAs) и кремний, являются многообещающими кандидатами для реализации квантового компьютера1,2,3,4,5. Их длительное время когерентности и быстрое управление позволяют создавать однокубитные вентили с высокой точностью, достигая ~99,95 % в одноэлектронных спиновых кубитах6. Помимо односпиновых кубитов, существуют несколько разновидностей спиновых кубитов, состоящих из нескольких спинов и нескольких квантовых точек, включая гибридные кубиты, кубиты только с обменом и синглет-триплетные кубиты (S-T0)7,8,9. было продемонстрировано. Эти кубиты обычно имеют повышенную связь с зарядом, что позволяет осуществлять быстрые, управляемые напряжением вентили кубитов. Кубит S-T0 предпочтителен из-за его меньшей связи с однородными магнитными полями и достижения точности затвора одного кубита 99,5%10. Хотя ранее для этих кубитов были продемонстрированы двухкубитные вентили с точностью около 90%11, эти вентили работают медленно и полагаются на связь ближайших соседей, что ограничивает масштабируемость. Сейчас большое внимание уделяется достижению дальнодействующей двухкубитной связи, например, с использованием массивов квантовых точек для переноса заряда12,13,14,15 или сверхпроводящего резонатора путем адаптации методов схемной КЭД (cQED), что делает спины электронов масштабируемая платформа для технологий квантовых вычислений.

Недавно была продемонстрирована обширная работа по реализации методов cQED в спиновых кубитах16,17,18,19,20,21,22, и, несмотря на многообещающий прогресс23,24, двухкубитный вентиль еще не создан. Исследуемая связь кубит-резонатор основана на сильных электрических полях, создаваемых резонатором, которые взаимодействуют с дипольным моментом спинового кубита. Наиболее часто рассматриваемая схема связи — это поперечная связь между спином и резонатором, при которой возбуждение спинового кубита может быть заменено на возбуждение резонатора25. Это требует, чтобы расщепление энергии кубита было близко к частоте резонатора, и обычно приводит к снижению времени жизни из-за эффекта Парселла. Поэтому в последние годы растет интерес к альтернативным схемам сцепления, основанным на продольных взаимодействиях, которые не имеют этих ограничений26,27,28,29,30,31,32. Спиновые кубиты хорошо поддаются продольному взаимодействию, хотя это ранее не было продемонстрировано экспериментально. В предыдущей теоретической работе33 такая схема связи была исследована для синглет-триплетных кубитов, предсказывая обнадеживающую среднюю точность вентиля для двух кубитов 96% и время вентиля порядка 10 нс. Этот подход, аналогичный вентилю Мёльмера-Сёренсена34, который обычно используется для высокоточных двухкубитных вентилей в кубитах ионной ловушки35,36, основан на чисто продольном взаимодействии между спином и резонатором для создания двухкубитной связи.

В этой статье мы демонстрируем экспериментальные усилия по достижению продольной связи между синглет-триплетным (S-T0) кубитом и высокоомным сверхпроводящим резонатором. Мы показываем, что наше устройство имеет значительную продольную связь, настраиваемую с помощью прямого привода, в дополнение к фиксированной паразитной дисперсионной связи. Мы представляем последовательность измерений, которая позволяет отделить каждый член связи и измерить их индивидуальную силу связи. Последовательность использует исключительную чувствительность кубита, что позволяет нам извлекать параметры резонатора, а также силу связи кубит-резонатор. Настраивая амплитуду возбуждения, мы можем достичь силы продольной связи, превышающей дисперсионный член, что является захватывающим режимом в системах КЭД с гибридной схемой, а также важным шагом на пути к созданию двухкубитной связи, опосредованной резонатором.