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World File Search SystemFluxonium
用于研究 Fluxonium 量子比特 1 的平面结构
近十年来，许多国家都在积极研究超导量子电路的基本量子特性 [1–3]。该领域的进展得益于新型量子比特的出现 [4, 5]、制造方法的改进 [6– 10]、系统尺寸的增加 [2–11] 以及量子比特的相干性 [2, 12]。超导量子比特的主要优势是制造工艺相对简单，采用半导体电子产品生产中广泛使用的标准电子束沉积和纳米光刻方法。超导量子比特的运行基于约瑟夫森效应。[12, 13] 的作者简要介绍了超导量子比特的主要类型，特别是相干时间达到数十和数百微秒的 transmons 和 fluxoniums。
高相干通量偶极子作为 D-Wave 的 QPU 的探针......
鉴于人们对通量钅的兴趣日益浓厚，以及 D-Wave Quantum 在构建通量类量子比特量子技术方面的丰富经验，我们已着手开展一项研究计划，利用通量钅的独特性质，用于 D-Wave Quantum 的所有技术开发。主要动力是制造通量钅，作为“黄金标准”高相干通量类量子比特，可用于表征 D-Wave Quantum 的 QA 量子处理单元 (QPU) 电磁环境。但是，我们也在使用早期的通量钅测试电路来验证通量钅在未来 QA 和 GMQC 技术中的潜在用途。本报告总结了由 D-Wave Quantum 制造的单个通量钅电路获得的一些结果，并在我们的一个 QA QPU 低温系统中进行了测量。我们观察到，我们的通量相干时间与科学文献中报道的二维电路几何结构的最新水平相当。我们还观察到非常低的有效量子比特温度，这是迄今为止文献中报道的最佳温度之一。后一个观察结果证明了 D-Wave Quantum 的 QPU 环境的工程质量。
用于通量量子比特之间高保真门的可调电感耦合器
1 芝加哥大学詹姆斯弗兰克研究所，美国伊利诺伊州芝加哥 60637 2 芝加哥大学物理系，美国伊利诺伊州芝加哥 60637 3 斯坦福大学物理与应用物理系，美国加利福尼亚州斯坦福 94305 4 西北大学物理与天文系，美国伊利诺伊州埃文斯顿 60208 5 耶鲁大学耶鲁量子研究所，美国康涅狄格州纽黑文 06511 6 中国科学技术大学合肥国家微尺度物质科学研究中心和物理科学学院，中国合肥 230026 7 中国科学技术大学上海量子科学研究中心和中科院量子信息与量子物理卓越创新中心，上海 201315 8 普林斯顿大学物理系，美国新泽西州普林斯顿 08544 9 芝加哥大学普利兹克分子工程学院，美国伊利诺伊州芝加哥60637，美国
大卫·罗尔
• DAR*，L. Ding* 等人。具有 Fluxonium 量子比特的快速高保真门的圆极化驱动和相称脉冲。准备中（2024 年）。• L. Ateshian，DAR 等人。Fluxonium 量子比特相干性：温度和磁场依赖性的表征。准备中（2024 年）。• DAR 等人。弱磁场下超导量子比特中 1/𝑓 通量噪声的演变。物理评论快报（2023 年）。[链接] • B. Kannan、A. Almanakly、Y. Sung、A. Di Paolo，DAR 等人。使用波导量子电动力学的按需定向微波光子发射。自然物理（2023 年）。[链接] • DAR，PJ Atzberger。具有相分离域的异质囊泡的粗粒度方法：形状波动、板压缩和通道插入的弹性力学。数学与计算机模拟（2023 年）。[链接] • DAR、M. Padidar 和 PJ Atzberger。表面波动流体动力学方法用于弯曲流体界面内粒子和微结构的漂移扩散动力学。计算物理学杂志（2022 年）。[链接]
工程合成量子操作 | CDN
2 从电路到原子 14 2.1 电磁电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ................................................................................................................................................................................................................................................................................. 21 2.2.1 何时是电路量子？....................................................................................................................................................................................................................... 21 2.2.2 电路量子化....................................................................................................................................................................................................................................... 22 2.3 非线性电路元件....................................................................................................................................................................................................... . ... 32 2.4.1 库珀对盒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 34 2.4.4 氟氟铵。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 36
粒状铝作为高温超导材料...
超导量子信息处理机主要基于微波电路，该电路具有相对较低的特性阻抗（约 100 Ω）和非谐性小的特点，这会限制它们的相干性和逻辑门保真度 1、2。一种有前途的替代方案是基于所谓的超电感器的电路 3 – 6，其特性阻抗超过电阻量子 RQ = 6.4 k Ω。然而，以前实现的超电感器由介观约瑟夫森结阵列 7、8 组成，会在量子比特附近引入非预期的非线性或寄生谐振模式，从而降低其相干性。在这里，我们提出了一种基于颗粒铝超电感器条带的通量量子比特设计 9 – 11。我们表明，颗粒铝可以形成具有高动态电感的有效结阵列，并可与标准铝电路加工原位集成。测得的量子比特相干时间 T ** ss 30 2 ≤ μ 说明了颗粒铝在从受保护的量子比特设计到量子限制放大器和探测器等各种应用领域的潜力。使用超导电路 1 构建大规模量子信息处理机器仍然是一项具有挑战性的物理和工程工作。尽管目前已经有了有前途的小规模原型 12 – 14 和必要构建块的原理验证演示，但要扩展到大量逻辑量子比特，需要在量子比特技术的各个方面取得突破，包括量子比特架构和材料。例如，当前超导量子比特处理器面临的主要挑战之一是量子态泄漏到非计算自由度 2 的问题，这可能成为扩展的障碍。 transmon 量子比特的有限非谐性可能不足以在频率上将计算空间与周围日益复杂的微波环境隔离。一种有前途的替代量子比特架构基于所谓的超电感器，其特性阻抗大于 RQ = h /(2 e ) 2 = 6.4 k Ω，例如 fluxonium 量子比特 3 ，它提供数量级更大非谐性和与 transmon 量子比特 4 相当的相干性。在这些电路中，相位的量子涨落比电荷涨落更占主导地位，并为设计新的、可能受到保护的量子电路 15、16 提供了场所。大电感器也可能成为下一代通量和相位量子比特 17 的基石。此外，采用超电感器和小电容器的微波谐振器最近已被用来增强和限制电压波动，从而实现光子和电子之间的强耦合
ISSCC 2024 - 量子技术集成电路
2 Google Quantum AI，加利福尼亚州戈利塔 超导量子处理器是最先进的量子计算技术之一。基于这些设备的系统已经实现了后经典计算 [1] 和量子纠错协议的概念验证执行 [2]。虽然其他量子比特技术采用自然产生的量子力学自由度来编码信息，但超导量子比特使用的自由度是在电路级定义的。当今最先进的超导量子处理器使用 transmon 量子比特，但这些只是丰富的超导量子比特之一；在考虑大规模量子计算机的系统级优化时，替代量子比特拓扑可能会证明是有利的。在这里，我们考虑对 Fluxonium 量子比特进行低温 CMOS 控制，这是最有前途的新兴超导量子比特之一。图 29.1.1 比较了 transmon 和 Fluxonium 量子比特。 transmon 是通过电容分流约瑟夫森结 (JJ) 实现的，是一种非线性 LC 谐振器，其谐振频率为 f 01，非谐性分别在 4-8GHz 和 200-300MHz 范围内。transmon 有限的非谐性约为 5%，限制了用于驱动量子比特 f 01 跃迁的 XY 信号的频谱内容，因为激发 f 12 跃迁会导致错误。以前的低温 CMOS 量子控制器通过直接 [3,4] 或 SSB 上变频 [5,6] 复杂基带或 IF 包络（例如，实施 DRAG 协议）生成光谱形状的控制脉冲；这些设备中高分辨率 DAC 的功耗和面积使用限制了它们的可扩展性。fluxonium 采用额外的约瑟夫森结堆栈作为大型分流电感。这样就可以实现 f 01 频率为 ~1GHz 或更低的量子比特，而其他所有跃迁频率都保持在高得多的频率（>3GHz，见图 29.1.1）[7]。与 transmon 相比，fluxonium 的频率较低且非谐性较高，因此可以直接生成低 GHz 频率控制信号，并放宽对其频谱内容的规范（但需要更先进的制造工艺）。在这里，我们利用这一点，展示了一种低功耗低温 CMOS 量子控制器，该控制器针对 Fluxonium 量子比特上的高保真门进行了优化。图 29.1.2 显示了 IC 的架构。它产生 1 至 255ns 的微波脉冲，具有带宽受限的矩形包络和 1GHz 范围内的载波频率。选择规格和架构是为了实现优于 0.5° 和 0.55% 的相位和积分振幅分辨率，将这些贡献限制在平均单量子比特门错误率的 0.005%。它以 f 01 的时钟运行，相位分辨率由 DLL 和相位插值器 (PI) 实现，而包络精度则由脉冲整形电路实现，该电路提供粗调振幅和微调脉冲持续时间（与传统控制器不同，使用固定持续时间和精细幅度控制）。数字控制器和序列器可播放多达 1024 步的门序列。图 29.1.2 还显示了相位生成电路的示意图。DLL 将这些信号通过等延迟反相器缓冲器 (EDIB) 后，比较来自电压控制延迟线 (VCDL) 的第一个和第 31 个抽头的信号。这会将 CLK[0] 和 CLK[30] 锁定在 180°，并生成 33 个极性交替的等延迟时钟信号。使用 CLK[30] 而不是 CLK[32] 来确保在 PFD 或 EDIB 不匹配的情况下实现全相位覆盖，这可能导致锁定角低于 180°。一对 32b 解复用器用于选择相邻的时钟信号（即 CLK[n] 和 CLK[n+1]），开关和 EDIB 网络用于驱动具有可选极性的 PI。 PI 单元由多路复用器和限流反相器组成。32 个单元并联组合，所选相位之间的权重由驱动多路复用器阵列的温度计编码的 31b 值设置（第 32 个反相器始终由 CLK[n] 驱动）。相位生成电路具有 11b 控制，可提供实现 0.5° 精度的裕度。图 29.1.3 显示了脉冲整形器原理图。它接收相移时钟并应用可编程幅度和持续时间的矩形包络。SW1 用于门控数字 CW 信号。然后，门控信号由一个电路缓冲和衰减，该电路由可变电阻器 R 0（16 个值，从 10 到 170kΩ）组成，通过 2:1 双调谐变压器连接到 50Ω 负载。该电路将可用功率降低了约 17 至 29dB，同时提供 50Ω 输出匹配并过滤脉冲频谱，为信号包络引入几纳秒的指数上升和下降时间，适用于大量子比特非谐性。R 0 、CP 和 CS 通过 SPI 总线进行编程，以进行静态预调谐。但是，提供了一个 0 至 18dB 衰减器电路，步长为 6dB，用于实时粗调幅度。输出端集成了 SW2，以提供额外的开-关隔离。PI 单元由多路复用器和限流反相器组成。32 个单元并联组合，所选相位之间的权重由驱动多路复用器阵列的温度计编码的 31b 值设置（第 32 个反相器始终由 CLK[n] 驱动）。相位生成电路具有 11b 控制，可提供实现 0.5° 精度的裕度。图 29.1.3 显示了脉冲整形器原理图。它接收相移时钟并应用可编程幅度和持续时间的矩形包络。SW1 用于门控数字 CW 信号。然后，门控信号由一个电路缓冲和衰减，该电路由可变电阻器 R 0（16 个值，从 10 到 170kΩ）组成，通过 2:1 双调谐变压器连接到 50Ω 负载。该电路将可用功率降低了约 17 至 29dB，同时提供 50Ω 输出匹配并过滤脉冲频谱，为信号包络引入几纳秒的指数上升和下降时间，适用于大量子比特非谐性。R 0 、CP 和 CS 通过 SPI 总线进行编程，以进行静态预调谐。但是，提供了一个 0 至 18dB 衰减器电路，步长为 6dB，用于实时粗调幅度。输出端集成了 SW2，以提供额外的开-关隔离。PI 单元由多路复用器和限流反相器组成。32 个单元并联组合，所选相位之间的权重由驱动多路复用器阵列的温度计编码的 31b 值设置（第 32 个反相器始终由 CLK[n] 驱动）。相位生成电路具有 11b 控制，可提供实现 0.5° 精度的裕度。图 29.1.3 显示了脉冲整形器原理图。它接收相移时钟并应用可编程幅度和持续时间的矩形包络。SW1 用于门控数字 CW 信号。然后，门控信号由一个电路缓冲和衰减，该电路由可变电阻器 R 0（16 个值，从 10 到 170kΩ）组成，通过 2:1 双调谐变压器连接到 50Ω 负载。该电路将可用功率降低了约 17 至 29dB，同时提供 50Ω 输出匹配并过滤脉冲频谱，为信号包络引入几纳秒的指数上升和下降时间，适用于大量子比特非谐性。R 0 、CP 和 CS 通过 SPI 总线进行编程，以进行静态预调谐。但是，提供了一个 0 至 18dB 衰减器电路，步长为 6dB，用于实时粗调幅度。输出端集成了 SW2，以提供额外的开-关隔离。