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频率可微调的超导量子比特

2022/03/14

频率可调的超导量子比特可用于实现cPhase和CZ门、快速重置、快速读取等操作,但可调范围越大,对磁通噪声就越敏感。当只需要做全微波的门操作,又想避免比特之间频率碰撞,同时保证长的相干时间,其实只需要很小的调频范围。固定频率的比特虽然可以用激光退火或修饰电极等物理方法微调频率,但产率不高,不适合于大规模芯片。

近日,IBM的研究人员针对这一需求,开发了一种从设计上实现频率可微调的比特,称为频率可微调比特(weakly tunable qubit),调频范围低至43MHz。比特结构是一个单结transmon和一个非对称的SQUID transmon通过电容耦合,前者的基模频率比后者低得多,作为比特频率,后者的频率可用超导线圈调节,通过耦合就可以微调比特频率。理论计算可验证,比特的相位退相干时间对磁通噪声很不敏感。实验做了P和U两种形状的设计,与单结transmon相比,退相干性能相近,且磁通噪声决定的退相干时间下限可以满足99.9%保真度的交叉共振门的要求。线圈偏置电流大时加热效应会引起相干性能变差,但可以通过改善热沉等方式避免。


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该工作通过模式间耦合,实现了一种对磁通不敏感但频率可以微调的超导量子比特,和激光退火技术结合可以有效避免比特之间频率碰撞,满足大规模芯片产率的要求。

论文信息:https://arxiv.org/abs/2203.04164

(张颖珊  编译)

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