具超長(zhǎng)可重復(fù)相干時(shí)間的通量量子比特問世

  ICC訊 以色列巴伊蘭大學(xué)物理系暨量子糾纏科學(xué)與技術(shù)中心邁克爾·斯特恩及其同事基于一種稱為超導(dǎo)通量量子比特的不同類型的電路構(gòu)建超導(dǎo)處理器。在發(fā)表于《物理評(píng)論應(yīng)用》上的一篇論文中，他們提出了一種控制和制造通量量子比特的新方法，該方法具有前所未有的可重復(fù)長(zhǎng)相干時(shí)間。

  通量量子比特是一種微米大小的超導(dǎo)環(huán)路，其中電流可順時(shí)針或逆時(shí)針流動(dòng)，也可雙向量子疊加。與傳輸子（transmon）量子比特相反，這些通量量子比特是高度非線性的對(duì)象，因此可在非常短的時(shí)間內(nèi)以高保真度（即無(wú)錯(cuò)誤地進(jìn)行計(jì)算的能力）進(jìn)行操作。

  超導(dǎo)傳輸子量子比特被認(rèn)為是可擴(kuò)展量子處理器的基本構(gòu)建塊。多年來(lái)，傳輸子量子比特的保真度不斷提高，IBM、亞馬遜和谷歌等科技巨頭在最近的競(jìng)爭(zhēng)中相繼展示了量子優(yōu)越性。

  但隨著處理器變得越來(lái)越大，如IBM剛剛宣布推出一款具400多個(gè)傳輸子量子比特的處理器，此類系統(tǒng)的保真度和可擴(kuò)展性要求變得越來(lái)越嚴(yán)格。特別是，傳輸子量子比特是弱非線性對(duì)象，這本質(zhì)上限制了它們的保真度，并且由于頻率擁擠的問題帶來(lái)了對(duì)可擴(kuò)展性的擔(dān)憂。

  而通量量子比特的主要缺點(diǎn)是，它們特別難以控制和制造，這導(dǎo)致了相當(dāng)大的不可重復(fù)性，之前它們?cè)诠I(yè)中的使用僅限于量子退火優(yōu)化過程。

  在新研究中，研究團(tuán)隊(duì)與澳大利亞墨爾本大學(xué)合作，使用新穎的制造技術(shù)和最先進(jìn)的設(shè)備，成功地克服了這一范式的重大障礙。

  斯特恩表示，他們?cè)谶@些量子比特的控制和可重復(fù)性方面取得了顯著改善。這種可重復(fù)性使他們能夠分析阻礙相干時(shí)間的因素并系統(tǒng)地消除它們。這項(xiàng)工作為量子混合電路和量子計(jì)算領(lǐng)域的許多潛在應(yīng)用鋪平了道路。

  這項(xiàng)研究得到了以色列科學(xué)基金會(huì)的支持。