一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法技术

本发明专利技术公开了一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法。在Fluxonium量子电路工作时，采用微波发生器调制穿过Fluxonium量子电路回路的磁通Φ

【技术实现步骤摘要】
一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法


[0001]本专利技术属于超导量子计算领域，具体属于一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法。

技术介绍

[0002]超导量子计算机的研制正朝着更大量子比特规模、更长量子比特寿命(相干时间)和更高保真度量子逻辑门的方向迈进。超导量子计算平台常用的量子比特是Transmon，它的相干时间较长(100微秒左右)，但是，它的非谐性较差，外界施加的控制手段容易将它激发到高能带、使它跑出计算基矢空间而发生错误。Transmon量子比特的这些缺点使得它不能很好地胜任量子计算机发展的需求。这意味着寻找更佳质量的超导量子比特成为了重中之重。Fluxonium量子比特以其良好的非谐性和可操控性受到广泛关注，是下一代超导量子比特的有力竞争者。
[0003]然而，Fluxonium量子比特容易受到磁通噪音的影响，只在它的静态最佳工作点具有比较好的抗噪性和较长相干时间。一旦磁通偏离其静态最佳工作点，Fluxonium量子比特的相干时间会指数式地减小。这一特点使得Fluxonium量子比特对磁通噪音非常敏感。另外，一些双比特逻辑门的实现需要将磁通调节到远离静态最佳工作点的位置，这时由于其相干时间的快速减小，这些双比特逻辑门必须在足够短的时间内完成。这一特点不仅会增加实现这些双比特逻辑门的难度，而且也会降低其保真度。基于这些现实的需求，需要增强Fluxonium量子比特在偏离其静态最佳工作点时的相干性。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法，能够增强Fluxonium量子比特对环境噪音，特别是1/f磁通噪音的抗干扰能力。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法，包括以下过程，在Fluxonium量子电路工作时，采用微波发生器调制穿过Fluxonium量子电路回路的磁通Φ
ext
；
[0007]磁通Φ
ext
调制的公式为
[0008]φ
ext
(t)＝φ
dc
+φ0[cos(α)cos(w
d
t)+sin(α)cos(w
d
t+θ)][0009]式中：t为时间，α为相对强度因子，θ为相对相位，φ0为磁通调制幅度，w
d
为调制频率，φ
dc
为直流磁通。
[0010]优选的，调制频率w
d
满足如下公式：
[0011][0012]式中：为有效驱动强度，J0(x)为第一类贝塞尔函数；由量子电路参数决定，正
比于直流磁通φ
dc
；是约化普朗克常数。
[0013]进一步的，有效驱动强度的确定公式为
[0014][0015]式中：为函数，α为相对强度因子，θ为相对相位。
[0016]进一步的，当时，双交流分量的磁通调制退化为单交流分量的磁通调制，最佳驱动强度由来确定。
[0017]进一步的，当时，磁通调制的最佳驱动强度由方程确定，最佳驱动强度为是一个连续的区间而不再是孤立的点，其中A0为单交流分量的磁通调制对应的最佳驱动强度。
[0018]优选的，当相对强度因子α和相对相位θ取合适的值时，对应的纯去相相干时间大于100微秒。
[0019]优选的，Fluxonium量子比特的纯去相相干时间与其跃迁能量相对于的变化率反相关。
[0020]优选的，Fluxonium量子电路包括一个瑟约夫森结和一个感应器，瑟约夫森结和感应器组成一个闭合回路。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0022]本专利技术提供一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法，通过磁通调制，可以调节的参量有磁通调制频率和磁通调制幅度，当满足条件时，其相干时间最长。满足这一条件的磁通调制频率和磁通调制幅度在由调制频率、调制幅度构成的平面中呈曲线分布。这些曲线是孤立的，这意味着要实现保护偏离静态最佳工作点的Fluxonium量子比特的相干性需要精准地调节磁通调制频率和调制幅度，这会增加实际的实现难度。
[0023]本专利技术提出的双交流分量的磁通调制会引入两个调节参数：相对强度因子α和相对相位θ。Fluxonium量子比特对由它们的引起的噪音相对不敏感，能够灵活地调节。通过调节相对强度因子α和相对相位θ，满足条件的磁通调制频率和磁通调制幅度在由调制频率、调制幅度构成的平面形成连续的成片区域。这样双交流分量的磁通调制改变了原本磁通调制幅度φ0和调制频率w
d
之间较为严格的限制，极大地扩充了可供选择的范围，降低了实际的实现难度。
附图说明
[0024]图1为Fluxonium量子电路示意图；
[0025]图2为Fluxonium量子比特的相干时间示意图；
[0026]图3为(a)函数与函数随磁通驱动强度
的变化；(b)函数在平面α
‑
θ的分布图；
[0027]图4为(a,c)纯去相相干时间去极化相干时间示意图；
[0028]图5为时(单交流分量磁通调制)，随驱动强度A的变化示意图；
[0029]图6为纯去相相干时间示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0031]如图1所示，Fluxonium量子电路由一个瑟约夫森结和一个感应器组成，其中E
J
为瑟约夫森能量，E
C
为充电能，E
L
为电感能量，瑟约夫森结和感应器组成一个闭合回路，穿过回路的磁通为Φ
ext
。Fluxonium量子电路的本征能量和本征态可以随穿过回路的磁通Φ
ext
的变化而改变，其对应的参数应该满足如下条件：E
L
＜＜E
J
，1≤E
J
/E
C
≤10。为描述方便，引入如下物理学常数：元电荷e、普朗克常数磁通量子Φ0＝h/(2e)，定义约化磁通φ
ext
＝2πΦ
ext
/Φ0。在后面的计算中，取E
C
/h＝1GHz，E
L
/h＝0.79GHz，E
J
/h＝4.43GHz。通常情况下，约化磁通φ
ext
与时间t无关，Fluxonium量子电路的哈密顿量可以表示为
[0032][0033]其中n＝Q/(
‑
2e)为库泊对数目算符，Q为电荷算符，φ＝2πΦ/Φ0为约化磁通算符，φ
ext
为经典的、可控的控制磁通。
[0034]Fluxonium量子电路的两个最低能级构成了一个Fluxonium量子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法，其特征在于，包括以下过程，在Fluxonium量子电路工作时，采用微波发生器调制穿过Fluxonium量子电路回路的磁通Φ
ext
；磁通Φ
ext
调制的公式为φ
ext
(t)＝φ
dc
+φ0[cos(α)cos(w
d
t)+sin(α)cos(w
d
t+θ)]式中：t为时间，α为相对强度因子，θ为相对相位，φ0为磁通调制幅度，w
d
为调制频率，φ
dc
为直流磁通。2.根据权利要求1所述的一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法，其特征在于，调制频率w
d
满足如下公式：式中：为有效驱动强度，J0(x)为第一类贝塞尔函数；由量子电路参数决定，正比于直流磁通φ
dc
；是约化普朗克常数。3.根据权利要求2所述的一种超导Fluxonium量子比特相干性的保护方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程加明，
申请(专利权)人：西安微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：