微波频率下单原子晶体管的量子态探测

将 GHz 频率应用于控制单个 $P$ 原子的量子态，是基于施主的硅量子计算中实现量子比特控制所需快速门脉冲的关键要求。本文中，我们通过向重磷掺杂的硅引线施加频率高达 $\approx$ 13 GHz 的激励信号，在一个全外延单原子晶体管中以纳秒级精度演示了这一能力。这些测量使我们能够区分单原子的激发态与一维引线中的态密度。我们的脉冲谱学实验证实了能量约为 $\approx$ 9 meV 的激发态的存在，这与硅中单个 $P$ 施主的第一激发态一致。该第一激发态到基态的弛豫率估计大于 2.5 GHz，与理论预测相符。这些结果代表了对原子级精确的单原子晶体管器件在射频激励下行为的系统性研究。