基于半导体双量子点耦合超导高阻腔体的高效可调谐微波光子探测器
高效率微波波段单光子探测是实现量子传感、量子通信及量子信息处理的关键使能技术。然而微波光子极低的能量(约微电子伏特量级)带来了根本性挑战,使其无法像光学系统中半导体器件那样实现直接光子-电荷转换。半导体量子点电荷量子比特因其在微波波段高度可调的能级特性,可与单光子实现相干耦合,从而提供了极具前景的解决方案。该研究团队展示了一种在单光子态下探测效率接近70%的微波光子探测器,其采用由GaAs/AlGaAs异质结构中静电定义的双量子点电荷量子比特,与高阻抗约瑟夫森结阵列谐振腔耦合的混合系统。通过系统优化器件架构以最大化转换效率,研究人员充分利用强电荷-光子耦合作用及可调双量子点隧穿耦合速率,实现入射腔光子相干激发量子点量子比特并产生可测电流,从而完成确定性光子-电荷转换。此外,基于双量子点跃迁能量与腔谐振频率的独立可调特性,该工作完成了系统在3-5.2GHz频段范围内的效率表征。这一成果确立了基于半导体的腔QED架构作为高效微波光子探测的可扩展多功能平台,为量子微波光学和混合量子信息技术开辟了新路径。
