Трансмон

Трансмон — це тип надпровідного зарядового кубіта, який був розроблений для зниження чутливості до шуму заряду. Трансмон розробили Роберт Дж. Шелкопф, Мішель Деворе, Стівен М. Гірвін та їх колеги з Єльського університету в 2007 році.[1][2] Його назва є абревіатурою терміна англ. transmission line shunted plasma oscillation qubit (кубіт на коливаннях плазми, шунтований лінією передачі); він складається з коробки з куперівськими парами, «де два надпровідники також є ємнісно шунтованими, щоб зменшити чутливість до шуму заряду, зберігаючи при цьому достатню негармонійність для селективного керування кубітом».[3]

Пристрій, що складається з 4 трасмонних кубітів, 4 квантових шин, 4 резонаторів зчитування, створений IBM та опублікований у npj Quantum Information у січні 2017.[4]

Трансмон досягає своєї зниженої чутливості до шуму заряду, значно збільшуючи відношення енергії Джозефсона до енергії зарядки. Це досягається за допомогою використання великого шунтуючого конденсатора. Результатом є відстані між рівнями енергії, які приблизно не залежать від зміщеного заряду. Планарні трансмонні кубіти на мікросхемі мають T1 когерентності ~ 30 мкс до 40 мкс.[5] Нещодавня робота над трансмоновими кубітами показала істотне поліпшення завдяки заміні надпровідної резонаторної лінії передачі тривимірним надпровідниковим резонатором, до часу T1 = 95 мкс.[6][7] Ці результати демонструють, що попередній час T1 не був обмежений втратами у джозефсонівському переході. Розуміння фундаментальних обмежень часу когерентності в надпровідних кубітах, таких як трансмон, є сферою активних досліджень.

Порівняння з коробкою з куперівськими парами
Схематична діаграма енергетичних рівнів від зарядового кубіта (вверху, ) до трансмона (bottom, ), показані перші три енергетичні рівні (), як функція середнього числа куперівських пар через перехід, нормалізований до зазору між основним і першим збудженим станом.[1] Зарядовий кубіт (зверху) зазвичай працює в «солодкій точці» , де коливання викликають менший зсув енергії, а ангармонійність максимальна. Рівень енергії трансмона (знизу) нечутливий до коливань , але ангармонічність знижується

Конструкція трансмона схожа на першу конструкцію[8] коробки з куперівськими парами, обидва описуються одним і тим же гамільтоніаном, з тією лише різницею, що збільшення коефіцієнта досягається шунтуванням джозефсонівського переходу додатковим великим конденсатором. Тут  — це енергія джозефсонівського переходу, а  — енергія заряду обернено пропорційна загальній ємності кубітового ланцюга. Перевагою збільшення співвідношення є нечутливість до шуму заряду — рівні енергії стають незалежними від електричного заряду, який тече через перехід, отже, час когерентності кубітів тривалий. Недоліком є ​​зменшення ангармонічності , де  — енергія стану . Знижена ангармонічність ускладнює роботу пристрою як дворівневої системи, наприклад при збудженні пристрою з основного стану в перший збуджений стан резонансним імпульсом, також заповнюється другий збуджений стан. Це ускладнення долається складною конструкцією мікрохвильового імпульсу, яка враховує вищі рівні енергії, і забороняє їх збудження руйнівними перешкодами.

Вимірювання, контроль і зв'язок трансмонів виконується за допомогою мікрохвильових резонаторів з методами квантової електродинаміки у ланцюгах, також застосовними до інших надпровідних кубітів. Зв'язок з резонаторами здійснюється шляхом встановлення конденсатора між кубітом і резонатором у точці, де електромагнітне поле резонатора найбільше. Наприклад, в пристроях IBM Quantum Experience резонатори реалізовані з чвертьхвильового стрічкового хвилеводу з максимальним полем сигналу на замиканні сигналу на кінці хвилеводу, отже кожен трансмонний кубіт IBM має довгий резонаторний «хвіст». Початкова пропозиція включала подібні резонаторні лінії передачі, з'єднані з кожним трансмоном, що стало частиною назви. Однак зарядові кубіти, що працювали в подібному режимі , поєднані з різними типами мікрохвильових резонаторів, також називаються трансмонами.

Примітки
  1. J. Koch et al., "Charge-insensitive qubit design derived from the Cooper pair box, " Phys. Rev. A 76, 042319 (2007), DOI:10.1103/PhysRevA.76.042319, arXiv:cond-mat/0703002
  2. J.A. Schreier et al., "Suppressing charge noise decoherence in superconducting charge qubits, " Phys. Rev. B 77, 180502 (2008), DOI:10.1103/PhysRevB.77.180502, arXiv:0712.3581
  3. Fink, Johannes M. (2010). Quantum Nonlinearities in Strong Coupling Circuit QED (Ph.D.). ETH Zurich.
  4. J. M. Gambetta, J. M. Chow and M. Steffen, «Building logical qubits in a superconducting quantum computing system», npj Quantum Information 3, 2 (2017), DOI:10.1038/s41534-016-0004-0
  5. R. Barends et al., "Coherent Josephson Qubit Suitable for Scalable Quantum Integrated Circuits, " Phys. Rev. Lett., 111, (2013), DOI:10.1103/PhysRevLett.111.080502, arXiv:1304:2322
  6. H. Paik et al., "Observation of high coherence in Josephson junction qubits measured in a three-dimensional circuit QED architecture, " Phys. Rev. Lett. 107, 240501 (2011), DOI:10.1103/PhysRevLett.107.240501, arXiv:1105.4652
  7. C. Rigetti et al., "Superconducting qubit in waveguide cavity with coherence time approaching 0.1 ms, " Phys. Rev. B 86, 100506(R) (2012), DOI:10.1103/PhysRevB.86.100506, arXiv:1202.5533
  8. Bouchiat, V.; Vion, D.; Joyez, P.; Esteve, D.; Devoret, M. H. (1998). Quantum coherence with a single Cooper pair. Physica Scripta (англ.) 1998 (T76): 165. ISSN 1402-4896. doi:10.1238/Physica.Topical.076a00165. Проігноровано невідомий параметр |doi-access= (довідка)
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.