通过频谱工程在半导体自旋量子比特中提取轴子信号

量子传感与计算技术的最新进展表明，利用各种量子比特平台可以提高旨在探测宇宙学粒子和弱相互作用大质量粒子的测量精度。尽管近期取得了一些进展，但在高保真度提取粒子参数方面，抑制环境噪声仍然是一个挑战。应对这些挑战需要在两个层面进行努力。在器件层面，作为探针的量子比特及其阵列必须通过优化的器件几何结构来隔离电噪声和磁噪声。在信号处理层面，有必要针对不同的量子比特架构开发针对特定噪声频谱的滤波方法。在这项工作中，我们探索了利用半导体量子点自旋量子比特作为平台来搜索量子色动力学轴子，以及更广泛地搜索类轴子粒子的可能性。从推导电子-轴子相互作用的有效哈密顿量出发，我们确定了轴子诱导的有效磁场，并确定了轴子的特征振荡频率。为了抑制器件中的电荷噪声和环境噪声，我们首先分析了电荷噪声频谱，然后开发了专门的滤波和降噪协议，为探索可行的轴子质量范围铺平了道路。我们的初步研究有望利用量子技术增强对各种轴子信号的筛选。我们期望我们的分析和滤波协议能够有助于推动半导体量子点自旋量子比特阵列在轴子探测中的应用。