Fluxium 量子比特达到毫秒相干性

近日，密歇根大学联合量子研究所和纳米物理与先进材料中心的物理学家团队在测试量子电路中 Fluxium 量子比特的特性时实现了毫秒相干性，相干时间增加到 1.43 毫秒以上，比以往所能达到的时间延长了 10 倍。

相关研究以“Millisecond Coherence in a Superconducting Qubit”为题已发表于《物理评论快报》。

量子相干性的重要性

量子相干性是量子计算机的基础，它是量子系统中的一个关键特性，使得量子比特（qubit）能够同时存在于多个状态，这是经典比特无法做到的。这种特性使得量子计算机在处理某些问题时，比如大数因式分解和搜索大数据库，具有远超经典计算机的能力。

量子相干性的持续时间，也就是量子比特保持其量子状态的时间，对于量子计算机的性能至关重要。如果一个量子比特不能保持足够长的相干时间，那么在执行复杂的量子算法时，信息可能会丢失，导致计算错误。因此，提高量子比特的相干时间是实现实用量子计算的关键挑战之一。

此外，量子相干性还是实现量子纠缠的基础，量子纠缠是量子计算机的另一个关键特性，允许量子比特间进行非局部的、即时的信息交换。这也是经典比特无法做到的，而且这种特性对于许多量子算法的成功执行至关重要。

因此，量子相干性的重要性在于，它是实现量子计算机超强计算能力的关键因素，对于量子计算机的研发和实用化具有决定性的影响。

相干性时间提高10倍

在《物理评论快报》杂志上报道的研究中，研究人员在一种称为 Fluxium 的超导量子比特上，找到了一种方法，可以将量子相干性的时间增加到之前的 10 倍。

研究人员发现，如果通过优化电路参数来降低工作频率，就可以增加量子比特的相干性时间，使其时间几乎达到传输通道的时间，这使它们成为一种可能的替代方案。

具体地说，他们发现可以将相干时间增加到 1.43 毫秒以上，比其他任何研究所能达到的时间长 10 倍。

除此之外，证据表明，更多的调整可能会导致更长的相干时间，这可能使 Fluxium 成为未来量子电路研究工作的更好选择。

图｜(a) 被测器件的光学图像。天线电极直接连接到 Fluxium 的弱连接处，形成总分流电容并将量子比特耦合到铜盒读出谐振器（未显示）。(b) 由弱连接点（左上角）和一系列更强连接点形成的fluxium环的特写。(c) 测量的频率和计算的电荷算子 n^ 矩阵元素，用于半整数通量偏置下最低三个能级之间的转变。请注意，量子比特跃迁 |0⟩−|1⟩ 是允许的，尽管与跃迁 |1⟩−|2⟩ 相比受到抑制，并且跃迁 |0⟩−|2⟩ 和 |1⟩−|3⟩ 是偶极子禁止的。（来源：PRL ）

该研究可能有助于抑制下一代量子处理器中的错误，为实现大规模量子计算机迈出重要一步。

研究人员表示：“弛豫时间对相干时间设置了上限，因此提高一个时间就会提高另一个时间。未来几年我们可能会看到 10 毫秒的相干时间。”

引用：

[1]https://phys.org/news/2023-07-millisecond-coherence-fluxonium-qubit.html

[2]https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.267001

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