控制與讀出
珀塞爾濾波器
要知道一個量子位元處於什麼狀態,工程師會給它接上一個小小的讀取諧振腔,然後用微波訊號去探測它。但這條讀取通道同時也是一扇敞開的門:量子位元會沿著同一條路把能量漏出去,還沒等你測完它就已經弛豫了。這種不想要的洩漏叫珀塞爾衰減,它會縮短量子位元的壽命(T1)。珀塞爾濾波器就是放在量子位元和外界之間的一小段電路,像一道聰明的閘門,放讀取訊號通過,卻把量子位元擋在裡面。
訣竅在於頻率。讀取光子和量子位元處在不同的微波頻率上,通常相差幾百兆赫到一吉赫。珀塞爾濾波器被設計成在讀取頻率上是透明的,讓量測光子快速流出、結果儘快返回;而在量子位元頻率上則像一面鏡子,把量子位元的能量反射回去而不讓它逃走。常見做法是用一個額外的諧振腔、一個陷波,或者一段調到目標阻擋頻段的傳輸線短截線。
好處是你能同時得到快速讀取和長壽命的量子位元,而這兩個目標通常是互相打架的。難處在於濾波器只保護一個很窄的頻段,所以在一塊排布著許多頻率略有差異、又挨得很擠的量子位元的晶片上,單個濾波器沒法把它們都護得嚴嚴實實。設計和調試這類濾波器,並把它們塞進真實晶片有限的空間和佈線裡,至今仍是持續的工程活兒,而不是已經解決的問題。
Gamma_Purcell = kappa * (g / Delta)^2
量子位元的珀塞爾衰減率隨諧振腔的洩漏率 kappa 和耦合強度 g 增大,隨量子位元與諧振腔之間的失諧 Delta 減小;濾波器在量子位元頻率處削減它看到的 kappa,卻不拖慢讀取。
珀塞爾濾波器並不會讓量子位元本身變好,它只是阻止讀取佈線把能量抽走,所以好處只在濾波器所調諧的那個頻段內成立。
又稱
另見