半導體系統具有良好的可擴展可集成特性，被認為是最有可能實現通用量子計算的體系之一。近年來硅基半導體量子計算取得系列進展，量子比特性能得到大幅提升，單比特和兩比特邏輯門保真度均已達到容錯量子計算閾值，如何進一步擴展比特數量、提高比特讀取保真度成為該領域的重要議題。

 

電路量子電動力學以微波光子為媒介，不僅可以用來實現比特間長程耦合，還可以用于對比特的非破壞性、高靈敏探測，是量子比特擴展和讀出的一種重要方案。研究人員制備了鈮鈦氮微波諧振腔—半導體量子點復合器件，利用鈮鈦氮的高阻抗特性，大幅提高了微波諧振腔與量子比特的耦合強度，達到強耦合區間。進一步通過在器件上施加方波脈沖，驅動電子在量子點的不同能級間躍遷，并利用高靈敏微波諧振腔讀取出了躍遷信號。利用該技術，課題組表征了雙量子點系統的能級譜圖，特別是利用信號對不同能級的響應特性，給出了系統的自旋態占據信息。

 

該成果利用微波諧振腔對量子比特能級譜和自旋態進行高靈敏測量，為將來實現半導體量子比特的高保真讀出提供了一種有效方法。