用于硅量子点快速读取与电荷噪声表征的多模块微波组件

量子器件的快速测量在量子传感、量子计算与纳米器件质量分析等领域十分重要。在此，我们开发了一种超导体-半导体多模块微波组件以展示最先进的电荷态读取。该组件由超导读取谐振器与绝缘体上硅（SOI）芯片let 接口构成，后者含高-$\kappa$ 纳米线晶体管中的量子点（QD）。超导芯片let 包含谐振与耦合元件以及 $LC$ 滤波器，与硅芯片接口时产生谐振频率 $f=2.12$ GHz、负载品质因数 $Q=850$ 及谐振器阻抗 $Z=470$ $\Omega$。结合 SOI 技术的大栅极杠杆臂，我们实现了单 QD 与双 QD 跃迁的最小积分时间分别为 2.77 ns 与 13.5 ns。我们利用该组件测量了高达 500 kHz 跨越 9 个数量级的电荷噪声，发现整个频谱呈 1/$f$ 依赖关系，且在 1 Hz 处电荷噪声水平为 4 $\mu$eV/$\sqrt{\text{Hz}}$。此处提出的模块化微波电路可直接与其他量子器件结合使用，以提升读取性能并实现大带宽噪声谱学，且无需超导体-半导体单片制造的复杂性。