新型超导双量子比特处理器问世

量子处理器的一部分。图片来源：谢尔盖·格努斯科夫/俄罗斯国家研究型技术大学

俄罗斯国家研究型技术大学和莫斯科国立鲍曼技术大学成功使用新型超导fluxonium量子比特实现了双量子比特操作。其设计并制造的处理器，单量子比特操控精度达99.97%，双量子比特操控精度最高达99.22%。近日发表在《npj量子信息》上的该成果将量子计算机的创建离现实更进一步。

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transmon，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。

fluxonium量子比特比transmon更复杂，其主要优点是可在大约600兆赫兹的低频下运行。频率越低，量子比特的寿命越长，这意味着可用它们执行更多操作。在测试过程中，fluxonium量子比特的介电损耗允许保持叠加状态比transmon更长。

为保护量子比特免受噪声影响，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。

研究人员使用了高精度双量子比特门：fSim和CZ，去实现一组通用的逻辑运算。为让量子比特彼此共振，还使用了系统的一个量子比特流的参数调制。研究显示，不仅可同时获得99.22%以上的双量子比特运算精度，还可抑制量子比特之间残留的不需要的相互作用，从而实现并行单量子比特运算，准确率为99.97%。

团队成员称，计算量子比特的低频率不仅为更长的量子比特寿命和阀门操作的准确性开辟了道路，还使在量子比特控制线中使用亚千兆赫兹电子设备成为可能，这大大降低了量子处理器控制系统的复杂性。