架構與量子位元元件
磁通量子位元(fluxonium)
Fluxonium(磁通量子位元)是一種超導量子位元,也就是量子晶片上充當「0 和 1」的微型電路之一。它由一個小的約瑟夫森接面並聯一個很大的電感構成,所以晶片設計者可以把它看作更常見的 transmon 的「表親」,只是針對另一組取捨做了調校。
那個很大的電感是關鍵所在。它並不是真正的線圈,而是用幾十到上百個接面串聯成的長鏈來實現,稱為「超電感」。這會重塑量子位元的能階,讓最低的兩個態與其餘各態拉開很大距離。這種很大的「非諧性」意味著,瞄準 0 到 1 躍遷的控制脈衝,更不容易誤把晶片激發到無用的高能態;而且電路還能停在一個「甜蜜點」工作點上,對磁雜訊基本不敏感,從而獲得較長的同調時間。
誠實地說,代價是複雜度。Fluxonium 的工作頻率很低,因此常常需要磁通偏壓,控制和讀出也比 transmon 更繁瑣,而那條長長的接面陣列也更難穩定地製造。它是 transmon 一個有力且進步很快的替代方案,但還沒有哪一種量子位元設計「勝出」,無論哪一類晶片都仍然又小又吵雜。
H = 4 Ec n^2 - Ej cos(phi) + (1/2) El (phi - phi_ext)^2
fluxonium 的能量:一個充電項、一個小接面的約瑟夫森項 Ej cos(phi),以及由超電感 El 決定的電感項,其中 phi_ext 是施加的磁通偏壓。
相比 transmon 更簡單的控制,fluxonium 換來了更高的非諧性、往往更長的同調時間,但它的低頻和長接面陣列讓製造與控制更困難。
又稱
另見