架构与量子比特器件
直流超导量子干涉器件(DC SQUID)
直流SQUID其实就是把两个约瑟夫森结接在一个小小的超导环路里。在量子芯片上,它的用途通常不是测量磁场,而是充当一个可调的结:往环路里穿入磁通,就能把它的有效约瑟夫森电感调大调小。由于量子比特的频率由这个电感决定,这就成了那个旋钮,让你能原地调节比特频率,或者把两个比特之间的耦合打开和关闭。
它靠干涉来工作。两个结分别位于环路两侧,穿过环路的磁通会改变两条路径之间的相对量子相位。当两条路径同相叠加时,环路表现得像一个临界电流很大的强结;当你加到半个磁通量子(Phi_0 = h/2e)时,两者相互抵消,有效临界电流趋近于零。这个图样每隔一个Phi_0就重复一次,所以环路旁的一个小线圈或一根通电导线,就能把比特频率在很宽的范围内扫过。同一个环路若偏置在灵敏度最高处,还能做成有史以来最精密的磁强计之一。
代价是可调性和噪声总是结伴而来。既然频率现在依赖于磁通,任何杂散的磁场涨落,从被困住的磁涡旋到偏置线里的电流纹波,都会让比特频率抖动,缩短相干时间。设计者用几种办法来对抗:把比特停在一个磁通'甜点'上,那里频率对磁通的一阶变化是平的;做好屏蔽和滤波;以及采用不对称的结。这是一个实打实的工程权衡,而非已解决的问题:你用更高的磁通噪声敏感度,换来了可控性。
Ic_eff(Phi) = 2 Ic |cos(pi Phi / Phi_0)|
对于两个相同的结,环路的有效临界电流随外加磁通Phi变化,在Phi = 0时最大、在Phi = Phi_0/2时归零;Phi_0 = h/2e。
大多数'可调'超导量子比特和可调耦合器内部都藏着一个直流SQUID;频率可调的便利,是用对磁噪声更高的敏感度换来的。
又称
另见