新型变容管增强了毫开尔文温度下的量子点器件测量

量子计算系统的发展依赖于快速准确地测量这些系统的电特性的能力，例如它们的潜在电荷和自旋态。这些测量值通常使用射频谐振器收集，射频谐振器使用称为变容二极管的电压控制电容器进行调谐

伦敦大学学院（UCL）的研究人员最近开发了一种基于表现出量子顺电行为的材料的新型变容二极管。他们在《自然电子学》上发表的一篇论文中介绍了他们提出的设备，该设备可以在低至几毫开尔文（mK）的低温下优化量子点设备的射频读数

“为了对量子器件进行研究，我们使用射频谐振器进行读出，”该论文的合著者Mark Buitelaar告诉Phys.org。“为了优化这种读出，例如调整谐振器频率或它们与传输线的耦合，我们需要可调电容器，也称为变容二极管，它们坚固耐用，对磁场不敏感，最重要的是，在绝对零度以上几mK的温度下工作。”

变容二极管在半导体行业中得到了广泛的应用，但到目前为止，它们还没有应用于量子技术。这是因为它们在量子技术运行的非常低的温度下运行不佳或根本不工作

作为他们最近研究的一部分，Buitelaar和他的同事们着手开发一种新的变容二极管，可以在这些低温下很好地工作。他们创建的器件基于钛酸锶和钽酸钾，这两种材料在低温下显示出量子顺电性质和大场可调电容率

Buitelaar解释说：“任何顺电材料都可以用作变容二极管的基本元件，因为它们的介电常数可以通过电场进行调节，也就是说，只需施加电压。”。“钛酸锶等量子顺电材料的特殊之处在于，这些顺电性能可以保持在绝对零度以下。”Buitelaar和他的同事在一系列测试中评估了他们的变容二极管的性能，发现它们在低至6 mK的低温下工作得非常好。这是他们操作量子点器件的温度

Buitelaar说：“变容二极管使我们能够显著提高信噪比，从而提高测量的精度和速度。”。“我们预计我们的变容二极管会引起许多其他使用仅在极低温度下工作的设备的研究人员的兴趣，例如半导体或超导材料中的量子位。”

作为他们最近研究的一部分，研究人员使用变容二极管来优化他们开发的基于碳纳米管的量子点设备的射频读出。当应用于这些器件时，变容二极管的电荷灵敏度为4.8μe Hz−1/2，电容灵敏度为0.04 aF Hz−1/2.Buitelaar补充道：“我们与伦敦大学学院伦敦纳米技术中心的同事一起，目前正在研究硅中的掺杂剂作为量子处理器的构建块。”。“量子顺电变容管无疑有助于优化我们量子态读出的测量精度和速度，随着量子电路扩展到更大的系统，这将非常重要。”