基于声子耦合锗空穴自旋量子位的双量子比特模块:设计、制造及1-4K温度下的读取

该研究团队提出了一种基于声子耦合锗(Ge)空穴自旋量子比特的双量子比特模块器件级设计方案,其工作温度为1-4K。该工作建立在先前声子工程锗量子比特和声子晶体(PnC)谐振腔研究基础上,提出了一种可直接光刻加工的布局方案:在应变锗量子阱中集成两个栅极定义的空穴自旋量子比特,并通过GHz频段PnC缺陷模式介导相干声子相互作用。研究人员详细阐述了SiGe/Ge异质结构、PnC谐振腔设计以及兼容的纳米加工工艺流程,包括栅极堆叠、薄膜图案化与释放、射频/直流布线等。该团队进一步开发了结合自旋-电荷转换与近邻电荷传感器射频反射测量的读出架构,并配备了针对1-4K低温环境优化的射频链路。最后,研究方案规划了低温测量环境、调控流程以及分阶段基准测试计划,重点针对单量子比特操控、弛豫通道的声子带隙抑制及可分辨的声子介导双量子比特耦合。该模块为锗空穴自旋量子比特的中程耦合提供了可扩展模板,将材料与声子工程同电路级读出技术相融合,为未来实现纠缠门操作、贝尔态制备及声子增强量子传感等实验演示奠定了基础。

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提交arXiv: 2026-01-05 00:46

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