贝叶斯推理能够快速检测量子点电荷态

东北大学先进材料研究所（WPI-AIMR）的一个研究小组开发了一种新技术，可以快速准确地确定半导体量子点中电子的电荷状态，半导体量子点是量子计算系统的基本组成部分。该方法基于贝叶斯推理，这是一种使用观测数据估计系统最可能状态的统计框架。

在Motoya Shinozaki博士（WPI-AIMR特别任命助理教授）和大冢智博副教授（也隶属于电气通信研究所）的带领下，该团队证明，他们的贝叶斯序贯估计方法明显优于传统的基于阈值的技术，特别是在测量噪声根据电子的电荷状态而变化的情况下。

他们的发现发表在2025年3月26日的《应用物理评论》杂志上。

在量子计算中，准确快速地检测单个电子的存在或不存在——它的电荷状态——对于读取量子比特或量子位至关重要。然而，读出过程中的波动噪声会使这项任务特别具有挑战性。

该团队的贝叶斯方法允许实时跟踪量子点中的电荷状态，提供比传统方法更稳健和可靠的测量。值得注意的是，该技术即使在电荷状态之间的过渡点附近也能保持高性能，而在这些过渡点，区分信号通常是最困难的。“这项工作展示了数据驱动的方法如何提高量子测量的精度，”Shinozaki博士说。“通过增强读出过程，这种方法有助于使基于半导体的量子计算更加实用。”

除了在量子计算中的潜在应用外，该技术还可能有利于高性能纳米级传感器的开发，并支持凝聚态系统中局部电子性质的研究。

研究人员计划将他们的贝叶斯估计方法应用于以复杂噪声为特征的更广泛的测量系统，并将该方法与FPGA（现场可编程门阵列）硬件集成以实现实时实现。这些进步可以加快读出速度，并为使用基于量子点的电荷传感器进行材料探索开辟新的途径。p