使用锰处理器创新量子计算机
下一代量子设备需要不易出错的高相干量子比特。为了满足这一需求，伯克利实验室AQT的研究人员，一个最先进的合作研究实验室，为基于“fluxonium”量子比特的新型量子处理器开发了蓝图。Fluxonium量子比特的性能优于使用最广泛的超导量子比特，为容错通用量子计算提供了一条有希望的途径。
AQT团队与加州大学伯克利分校和耶鲁大学的研究人员合作，开创了一项系统的理论研究，研究如何设计锌量子位以获得更高的性能，同时提供实用的建议，以适应和构建尖端硬件，以充分利用量子计算的潜力。他们的研究结果发表在PRX Quantum杂志上。
处于超导处理器的前沿
超导量子处理器由多个量子比特组成，设计为具有不同的跃迁频率，有助于精确控制单个量子比特及其相互作用。Transmon量子比特是超导处理器领域使用最广泛的量子比特之一，通常具有低不谐性。不和谐性是量子比特中相关跃迁频率之间的差异。低不和谐性会导致频谱拥挤(当量子比特频率接近彼此共振时)，由于量子比特频率紧密排列在一起，使处理器更难以控制。
相比之下，高不和谐性使研究人员能够更好地控制量子比特，因为控制量子比特的频率与驱动任何给定量子比特到更高能量水平的频率之间的重叠较少。锰量子比特对于复杂的超导处理器具有固有的优势，如高不和谐性、相干时间长、控制简单等。
基于AQT在超导电路方面强大的研发历史，领导基于锝的架构的团队专注于处理器主要组件的可扩展性和适应性，研究人员可以调整一组参数，以提高量子电路的运行时间和保真度。其中一些调整允许更简单的系统操作。例如，研究人员提出，通过由电任意波形发生器直接产生的微波脉冲，将通量量子位控制在低频(1-GHz)。这种简单的方法允许研究人员灵活地设计处理器并设置多个量子位。
用于大规模设备的灵活通量量子位方法
Long B. Nguyen是AQT的项目科学家，也是该论文的主要作者。Nguyen作为马里兰大学的研究生开始研究替代超导量子比特，与Vladimir Manucharyan教授一起工作。Manucharyan在十年前将助焊量子位引入该领域，并在2019年证明了锰电路可能更长的相干时间。Fluxonium电路由三个元件组成：电容器，约瑟夫森结和超级电感器，有助于抑制磁通噪声 - 影响超导量子位并导致退相干的典型干扰源。
“我一直想研究新的物理学，我专注于通量，因为它似乎是当时Transmon的更好替代品。它有三个电路元件，我可以玩它们来获得我想要的光谱类型。它可以被设计成避免由于材料缺陷而导致的退相干。我最近还意识到，扩大锰可能更有利，因为估计的制造产量很高，并且单个量子比特之间的相互作用可以被设计成具有高保真度，“Nguyen解释说。
为了估计和验证拟议的Fluxonium蓝图的性能，AQT的团队与该论文的研究人员合作，模拟了两种类型的可编程量子逻辑门 - 交叉共振控制-NOT(CNOT)和差分ac-Stark控制-Z(CZ)。门在提出的量子比特参数范围内进行仿真所产生的高保真度验证了团队对建议蓝图的期望。
“我们为构建Fluxonium处理器提供了一条潜在的途径，该处理器具有标准的实用程序，以部署具有不同频率的逻辑门。我们希望更多关于锰和超导量子比特替代品的研发将带来下一代量子信息处理设备，“Nguyen说。