架構與量子位元元件

直流超導量子干涉元件(DC SQUID)

直流SQUID其實就是把兩個約瑟夫森接面接在一個小小的超導環路裡。在量子晶片上,它的用途通常不是量測磁場,而是充當一個可調的接面:往環路裡穿入磁通,就能把它的有效約瑟夫森電感調大調小。由於量子位元的頻率由這個電感決定,這就成了那個旋鈕,讓你能原地調節位元頻率,或者把兩個位元之間的耦合打開和關閉。

它靠干涉來運作。兩個接面分別位於環路兩側,穿過環路的磁通會改變兩條路徑之間的相對量子相位。當兩條路徑同相疊加時,環路表現得像一個臨界電流很大的強接面;當你加到半個磁通量子(Phi_0 = h/2e)時,兩者相互抵消,有效臨界電流趨近於零。這個圖樣每隔一個Phi_0就重複一次,所以環路旁的一個小線圈或一根通電導線,就能把位元頻率在很寬的範圍內掃過。同一個環路若偏置在靈敏度最高處,還能做成有史以來最精密的磁強計之一。

代價是可調性和雜訊總是結伴而來。既然頻率現在依賴於磁通,任何雜散的磁場漲落,從被困住的磁渦旋到偏置線裡的電流漣波,都會讓位元頻率抖動,縮短同調時間。設計者用幾種辦法來對抗:把位元停在一個磁通'甜點'上,那裡頻率對磁通的一階變化是平的;做好屏蔽和濾波;以及採用不對稱的接面。這是一個實打實的工程權衡,而非已解決的問題:你用更高的磁通雜訊敏感度,換來了可控性。

Ic_eff(Phi) = 2 Ic |cos(pi Phi / Phi_0)|

對於兩個相同的接面,環路的有效臨界電流隨外加磁通Phi變化,在Phi = 0時最大、在Phi = Phi_0/2時歸零;Phi_0 = h/2e。

大多數'可調'超導量子位元和可調耦合器內部都藏著一個直流SQUID;頻率可調的便利,是用對磁雜訊更高的敏感度換來的。

又稱
DC superconducting quantum interference devicesplit junction直流SQUID分裂结分裂接面