SiGe射频单电子晶体管静电计对单量子态的超快超灵敏探测和操控研究

射频单电子晶体管静电计RF-SET能提供比SET更高的灵敏度和更高的带宽，使得对微小物理量（可转为电荷变化）的动态演化成为可能。本课题将从固态量子信息处理器的实际需求出发，研制一种基于新型Si/Ge纳米线射频单电子晶体管RF-SET的超快（10M）超灵敏（10^(-6)e/Hz^(-1/2)静电计，设计并制备RF-SET静电计与半导体量子点等纳米结构耦合的集成芯片，融合低温射频技术与量子输运技术，实现SiGe射频单电子晶体管对耦合量子点中量子态的超快超灵敏测量和操控，研究半导体量子点中电子态的动态演化，量子输运以及相干时间等问题，同时打破国外相关产品的垄断，开发超快超灵敏测量所需低温放大器和方向耦合器等各种低温射频电子学元器件，并结合基于半导体量子点的下一代信息存储和处理器的要求，力图在低温电子学元器件与量子点半导处理器的集成和芯片化方面做出若干创新型的研究成果及部分新型实用专利技术。

本项目从固态量子信息处理器的实际需求出发，设计研制一种基于新型 Si/Ge非掺杂结构的量子点器件，完成了超快超灵敏射频电路的设计、搭建和应用，设计并制备 RF-SET 静电计与半导体量子点等纳米结构耦合的集成量子芯片，融合了低温射频技术与量子输运技术，圆满完成了项目计划书中预订的研究目标。（1）完成了Si/Ge半导体量子点器件结构的设计和制备，完成了新型非掺杂Si/Ge二维异质结上单/双量子点的设计和制备工作，确定了Si/Ge量子点量子操控的基本方法和量子点性质的各个基本参数（比如充电能等），为下一步研究射频Si/Ge单电子晶体管与半导体量子点复合体系奠定了基础。（2）首先在4.2K 的样品杆上设计和安装一套射频电路，完成反射式RF 射频电路的优化设计和检测手段的测试。 在此基础上进一步完成了在干式稀释制冷机和He3 制冷机射频电路的安装和调试，完成了高频样品托座（Chip Carrier or Socket）的设计和加工。（3）完成了超快灵敏探测电路的设计、搭建、改进和应用，并且成功的在砷化镓双量子点样品上实现了超快灵敏的电子态探测，为后续实现各种量子态和量子比特的探测，打下了坚实的基础。（4）自主研制开发了超快超灵敏测量所需低温宽频放大器和低温定向耦合器等各种低温射频电子学元器件，申请了多项专利。（5）设计了反射式超导谐振腔用来实现超快超灵敏探测，并实现了超导谐振腔与石墨烯双量子点的耦合，进而利用超快射频探测技术实现了同时对超导腔耦合的两个双量子点芯片的电子态的探测。（6）利用QPC作为探测通道的方式实现了量子点中电子态编码的电荷量子比特的超快逻辑门操控，对后续实现超快超灵敏射频技术探测提出了更高的要求，为后续开展利用射频技术探测和操控超快量子比特逻辑门操作打下了量子比特制备和门操控上的技术基础。.通过项目的实施，我们掌握了对单量子态的超快灵敏测量手段和技术, 掌握了半导体纳米加工的各种工艺，培养了一批掌握超快灵敏测量和纳米加工技术的年轻人才，实现了利用超导腔耦合多量子点并实现了超快超灵敏探测，取得了一系列丰富的研究成果，这一系列工作为深入理解和实施固态量子信息过程奠定了坚实和有力的基础。