大磁场梯度下单重态-三重态量子比特的鲁棒能量选择性隧穿读出

快速且高保真的量子态探测对于构建基于半导体的鲁棒自旋量子信息处理平台至关重要。基于泡利自旋阻塞（PSB）的自旋-电荷转换及其变体被广泛用于两电子单重态-三重态（ST$_0$）量子比特的自旋态判别；然而，单发测量保真度受限于低信号对比度或 PSB 能量失谐下三重态态的短寿命，尤其是在大磁场梯度下与单重态的强混合。最终，受限的单发测量保真度导致量子操作可见度低。在此，我们展示一种替代方法，利用双占据量子点（QD）与电子库之间的能量选择性隧穿实现 ST$_0$ 量子比特态的自旋-电荷转换。我们在 100 mT 的场梯度（~ 500 $MHz\cdot h \cdot(g^{*}\cdot \mu_B)^{-1}$）下展示了 90% 的单发测量保真度与 81% 的 S-T$_0$ 振荡可见度；这实现了具有完整电子电荷信号对比度的单发读出，同时具有长且可调的测量时间，即便在强磁场梯度下弛豫影响也可忽略。利用置于 QD 阵列对面的射频传感器，我们将该方法应用于两个 ST$_0$ 量子比特，并展示使用单个射频单电子晶体管传感器可对两个独立单量子比特门操作进行高可见度读出。我们期望这种用于两电子自旋态的测量方案可应用于多种宿主材料，并为基于 QD 的量子计算平台中高精度多量子比特态探测提供简化且互补的途径。