控制与读出
珀塞尔滤波器
要知道一个量子比特处于什么状态,工程师会给它接上一个小小的读取谐振腔,然后用微波信号去探测它。但这条读取通道同时也是一扇敞开的门:量子比特会沿着同一条路把能量漏出去,还没等你测完它就已经弛豫了。这种不想要的泄漏叫珀塞尔衰减,它会缩短量子比特的寿命(T1)。珀塞尔滤波器就是放在量子比特和外界之间的一小段电路,像一道聪明的闸门,放读取信号通过,却把量子比特挡在里面。
诀窍在于频率。读取光子和量子比特处在不同的微波频率上,通常相差几百兆赫到一吉赫。珀塞尔滤波器被设计成在读取频率上是透明的,让测量光子快速流出、结果尽快返回;而在量子比特频率上则像一面镜子,把量子比特的能量反射回去而不让它逃走。常见做法是用一个额外的谐振腔、一个陷波,或者一段调到目标阻挡频段的传输线短截线。
好处是你能同时得到快速读取和长寿命的量子比特,而这两个目标通常是互相打架的。难处在于滤波器只保护一个很窄的频段,所以在一块排布着许多频率略有差异、又挨得很挤的量子比特的芯片上,单个滤波器没法把它们都护得严严实实。设计和调试这类滤波器,并把它们塞进真实芯片有限的空间和布线里,至今仍是持续的工程活儿,而不是已经解决的问题。
Gamma_Purcell = kappa * (g / Delta)^2
量子比特的珀塞尔衰减率随谐振腔的泄漏率 kappa 和耦合强度 g 增大,随量子比特与谐振腔之间的失谐 Delta 减小;滤波器在量子比特频率处削减它看到的 kappa,却不拖慢读取。
珀塞尔滤波器并不会让量子比特本身变好,它只是阻止读取布线把能量抽走,所以好处只在滤波器所调谐的那个频段内成立。
又称
另见