科研体系

3. 半导体量子点与超导腔耦合的复合量子比特以及多量子比特扩展

       基于半导体量子点的量子计算方案都是利用相邻量子点量子比特之间的交换相互作用来实现多比特的量子逻辑门操作，非近邻量子比特之间的逻辑门操作需要通过一系列近邻门操作组合完成，这大大增加了计算过程中逻辑门操作的数量和难度。最近有些理论工作提出借用超导量子比特系统中的超导传输谐振腔等概念来实现半导体量子点非近邻量子比特耦合的量子数据总线，但是相应的实验还处于起步和摸索阶段。不过半导体量子点和超导谐振腔为我们提供一种崭新的物理体系，同时很好的兼容了传统半导体产业各种微纳米工艺和技术，在未来的信息处理器中具有广阔的应用前景。我们团队提出了最早的非强耦合条件下的超导传输谐振腔与量子点量子计算理论方案（Phys. Rev. Lett. 101 , 230501 (2008).），大大降低了实验的要求和难度。
       我们研究团队在半导体量子点的制备和操控方面积累了大量的实验经验和技术，对超导谐振腔体的制备和表征也掌握关键的工艺技术。经过几年研究积累，完成了超导谐振腔与石墨烯双量子点以及超导谐振腔与两个石墨烯双量子点实现远程耦合的实验研究，以此为基础着力于解决半导体量子点多比特之间的耦合问题，具有很大的理论和实验挑战性。我们目前的这些前期工作已属于世界研究前列，结合已开展的半导体量子点处理单元和测量单元研究，集中推进基于固态量子比特的多量子比特扩展研究。
       图示为超导谐振腔与石墨烯量子比特耦合和多量子比特耦合实验室示意图






















相关文献
1.Guang-Wei Deng, Da Wei, J.R. Johansson, Guo-Ping Guo, et al. Circuit QED with a graphene double quantum dot and areflection-line resonator, e-print arXiv:1310.6118 (2013).
2.Guang-Wei Deng, Da Wei, Shu-Xiao Li, Guo-Ping Guo, et al, Coupling two distant double quantum dots to a microwave resonator, arViv: 1409.4980 (2014).
3.Delbecq, M. R. et al. Photon-mediated interaction between distant quantum dot circuits. Nature Commun. 4, 1400 (2013).
4.Viennot, J. J., Delbecq, M. R., Dartiailh, M. C., Cottet, A. & Kontos, T. Out-of-equilibrium charge dynamics in a hybrid circuit quantum electrodynamics architecture. Phys. Rev. B 89, 165404 (2014). 
5.Frey, T. et al. Dipole Coupling of a Double Quantum Dot to a Microwave Resonator. Phys. Rev. Lett. 108, 046807 (2012).
6.Toida, H., Nakajima, T. & Komiyama, S. Vacuum Rabi Splitting in a Semiconductor Circuit QED System. Phys. Rev. Lett. 110, 066802 (2013).
7.Petersson, K. D. et al. Circuit quantum electrodynamics with a spin qubit. Nature 490, 380-383 (2012).
8.Liu, Y.-Y., Petersson, K. D., Stehlik, J., Taylor, J. M. & Petta, J. R. Photon emission from a cavity-coupled double quantum dot. Phys. Rev. Lett. 113, 036801 (2014).