我国量子计算新成果！全新半导体量子芯片架构

近日，本源量子与中科大郭光灿团队合作，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，实现两个半导体量子比特与微波谐振腔强耦合，并初步探索了利用片上微波光子耦合多量子比特的半导体量子芯片架构。该研究成果近期在线发表在国产综合性旗舰期刊Science Bulletin上。

Science Bulletin刊文截图

半导体量子芯片

传统的半导体量子点系统一直是量子计算研究者努力探索的目标，半导体量子点技术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，被认为是最有可能实现量子计算的重要候选者之一。

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（错误率明显低于阈值——0.1% 左右），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。

研究团队通过制备千欧量级的高阻抗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。并在此基础上，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。

实验原理与结果。图片来源arxiv

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，也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。该研究成果，实现了半导体量子比特耦合与扩展，并初步探索利用片上微波光子耦合多量子比特的全新半导体量子芯片架构，为未来研制集成化半导体量子芯片迈出坚实一步。

量子计算技术有望提高当前的计算速度和信息处理能力，而规模化通用量子计算机的诞生将极大地满足现代信息的需求，在海量信息处理、重大科学问题研究等方面产生巨大影响，甚至对国家的国际地位、经济发展、科技进步、国防军事和信息安全等领域发挥关键性作用。

超导量子计算机——悟源

据悉，该团队为中国第一家量子计算企业，依托中科大中科院量子信息重点实验室研究团队，在量子计算领域有着深厚的技术积累与硬核的研发实力，开展超导和半导体两条技术路线研究。今年9月，本源量子面向全球用户推出基于国产工程化超导量子计算机——悟源的量子云服务，并预计在明年底推出60比特的悟源超导量子计算机。