通过压缩和共振器非线性实现自旋量子比特的快速高保真色散读取

快速且高保真度的量子比特测量对于实现量子纠错至关重要，而量子纠错是发展通用量子计算的基本要素。对于电子自旋量子比特而言，快速读取是实现纠错的主要障碍之一。在本工作中，我们探索了耦合到非线性微波共振器的半导体双量子点中单个自旋的色散测量。通过利用位移压缩真空态，我们实现了半导体自旋量子比特的快速高保真度读取。我们的研究结果表明，引入适度的压缩和温和的非线性可以显著提高量子比特态读取的信噪比（SNR）和保真度。通过适当匹配压缩相位、非线性强度和本振相位，最佳读取时间可缩短至亚微秒范围。利用当前技术参数（$\kappa\approx 2\chi_s$，$\chi_s\approx 2\pi\times 0.15 \:\mbox{MHz}$），使用具有 $30$ 个光子的位移压缩真空态（压缩参数 $r\approx 0.6$）以及特征强度为 $\lambda\approx -1.2 \chi_s$ 的非线性微波共振器，可在约 $0.6\:\mu\mbox{s}$ 的读取时间内达到 $98\%$ 的读取保真度。有趣的是，若使用正非线性强度 $\lambda\approx 1.2\chi_s$，则在稍晚的时间（约 $0.9\:\mu\mbox{s}$）可实现约 $6$ 的信噪比和 $99.99\%$ 的读取保真度，同时保持所有其他参数设置不变。