來自國立科技大學(xué)MISIS和鮑曼莫斯科國立技術(shù)大學(xué)的俄羅斯科學(xué)家是世界上最早使用超導(dǎo)Fluxonium量子比特實現(xiàn)雙量子比特操作的科學(xué)家之一。Fluxonium具有更長的生命周期和更高的操作精度，因此它們被用于制作更長的算法。Fluxonium量子比特能夠加速量子計算機的創(chuàng)建，相關(guān)文章已發(fā)表在《npj Quantum Information》上。

通用量子計算機開發(fā)的主要挑戰(zhàn)之一是制備量子比特。也就是說，哪些量子對象最適合制造量子計算機的處理器：電子、光子、離子、超導(dǎo)體或其他“量子晶體管”。在過去十年中，超導(dǎo)量子比特已成為量子計算最成功的平臺之一。迄今為止，商業(yè)上最成功的超導(dǎo)量子比特類型是Transmons，它被谷歌、IBM 和其他世界領(lǐng)先實驗室積極研究并用于量子開發(fā)。

量子比特的主要任務(wù)是存儲和處理信息而不會出錯?？墒黔h(huán)境噪聲甚至僅僅是觀察都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或更改。超導(dǎo)量子比特的穩(wěn)定運行通常需要極低的環(huán)境溫度，接近零開爾文，比常溫低數(shù)百倍。

為了保護量子比特免受噪聲的影響，研究人員在電路中添加了一個超級電感器，這種超導(dǎo)元件對交流電的阻礙作用很強，它鏈接40個約瑟夫森觸點，是由一層薄薄的電介質(zhì)隔開的兩個超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。

該研究的作者之一，MISIS超導(dǎo)超材料實驗室科學(xué)項目的工程師Ilya Besedin說：“Fluxonium量子比特比Transmons更復(fù)雜，研究更少。Fluxonium的主要優(yōu)點是它們可以在大約600 MHz的低頻率下工作。我們知道，頻率越低，量子比特的壽命越長，這意味著可以用它們執(zhí)行更多的操作。實驗證明，F(xiàn)luxonium量子比特的介電損耗允許保持疊加狀態(tài)的時間比Transmons更長?！?/p>

為了實現(xiàn)一組通用的邏輯運算，科學(xué)家們使用了高精度的雙量子比特門：fSim和CZ。為了使量子比特相互共振，使用了其中一個量子比特的流量的參數(shù)調(diào)制。該研究的作者指出，借助可調(diào)耦合元件，不僅可以同時獲得高于99.22%的雙量子比特操作的精度，還可以抑制量子比特之間不需要的相互作用，從而執(zhí)行并行單量子比特操作，精度為99.97%。

Ilya Besedin說：“計算量子比特的低頻率不僅為更長的量子比特的壽命和閥門操作的準(zhǔn)確性開辟了道路，使算法更長，而且還使得在量子比特控制線中，使用亞千兆赫茲電子設(shè)備成為可能，這大大降低了量子處理器控制系統(tǒng)的復(fù)雜性?！?/p>

研究結(jié)果揭示了一種低頻量子比特容錯量子計算方法，這種方法很有趣也很有前途，可以成為Transmon系統(tǒng)的理想替代品。未來，科學(xué)家們計劃繼續(xù)研究基于通量量子比特的計算，優(yōu)化量子比特控制系統(tǒng)，提高讀出率，并開發(fā)多量子比特系統(tǒng)。

編譯：卉可

編輯：慕一