Fluxonium量子位使量子计算机的诞生更近了一步

来自科技大学MISIS和鲍曼莫斯科国立技术大学的俄罗斯科学家是世界上最早使用超导酢量子位实现双量子位操作的科学家之一。Fluxoniums具有更长的生命周期和更高的运算精度，因此它们被用来制作更长的算法。一篇关于使量子计算机的创建更接近现实的研究文章已发表在npjQuantumInformation上。

开发通用量子计算机的主要问题之一是关于量子比特。也就是说，哪些量子物体最适合制造量子计算机的处理器：电子、光子、离子、超导体或其他“量子晶体管”。在过去十年中，超导量子比特已成为最成功的量子计算平台之一。迄今为止，商业上最成功的超导量子比特是transmons，它被谷歌、IBM和其他世界领先实验室积极研究并用于量子开发。

量子比特的主要任务是无误地存储和处理信息。意外噪音甚至仅仅是观察都可能导致数据丢失或更改。超导量子位的稳定运行通常需要极低的环境温度——接近零开尔文，比开放空间的温度低数百倍。

来自MISIS大学和鲍曼莫斯科国立技术大学超导超材料实验室的俄罗斯物理学家是世界上最早使用超导酢量子位实现双量子位操作的物理学家之一。为了保护量子位免受噪声影响，研究人员在电路中添加了一个超电感(一种对交流电具有高电阻的超导元件)，它是一个由40个约瑟夫森触点组成的链——两个超导体的结构被一层薄薄的电介质隔开。

“Fluxonium量子比特比transmons更复杂，研究也更少。fluxoniums的主要优点是它们可以在大约600MHz的低频下运行。我们知道频率越低，量子比特的寿命越长，这意味着可以用它们执行更多操作。在测试过程中，事实证明，fluxonium量子位的介电损耗允许保持叠加状态比transmon更长，“该研究的作者之一IlyaBesedin说，NUSTMISIS超导超材料实验室科学项目的工程师。

为了实现一组通用的逻辑运算，科学家们使用了高精度双量子位门：fSim和CZ。为了使量子比特彼此共振，使用了系统的一个量子比特流的参数调制。该研究的作者指出，由于可调谐耦合元件，不仅可以同时获得99.22%以上的双量子位运算精度，还可以抑制量子位之间残留的ZZ相互作用，从而实现并行单量子比特运算，准确率为99.97%。

“计算量子位的低频率不仅为更长的量子位寿命和阀门操作的准确性开辟了道路，这将导致制作更长的算法，而且还使在量子位控制线中使用亚千兆赫兹电子成为可能，这大大降低了复杂性量子处理器控制系统，”IlyaBesedin说。

获得的结果揭示了一种有趣且有前途的低频量子位容错量子计算方法，可以很好地替代transmon系统。

未来，科学家们计划继续研究基于fluxonium量子位的计算，优化量子位控制系统，提高读出率，并开始开发基于它们的多量子位系统。