Трансмон

Трансмон — це тип надпровідного зарядового кубіта, який був розроблений для зниження чутливості до шуму заряду. Трансмон розробили Роберт Дж. Шелкопф^[en], Мішель Деворе^[en], Стівен М. Гірвін^[en] 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]

Трансмон досягає своєї зниженої чутливості до шуму заряду, значно збільшуючи відношення енергії Джозефсона до енергії заряджання. 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^[en] ~ 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^[en], таких як трансмон, є сферою активних досліджень.

Порівняння з коробкою з куперівськими парами[ред. | ред. код]

Схематична діаграма енергетичних рівнів від зарядового кубіта (вверху, $E_{\rm {J}}/E_{\rm {C}}=1$ ) до трансмона (bottom, $E_{\rm {J}}/E_{\rm {C}}=50$ ), показані перші три енергетичні рівні ( $m=0,1,2$ ), як функція середнього числа $n_{g}$ куперівських пар через перехід, нормалізований до зазору між основним і першим збудженим станом.^[1] Зарядовий кубіт (зверху) зазвичай працює в «солодкій точці» $n_{g}=0,5$ , де коливання $n_{g}$ викликають менший зсув енергії, а ангармонійність максимальна. Рівень енергії трансмона (знизу) нечутливий до коливань $n_{g}$ , 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 $E_{\rm {J}}/E_{\rm {C}}$ досягається шунтуванням джозефсонівського переходу додатковим великим конденсатором. Тут $E_{\rm {J}}$ — це енергія джозефсонівського переходу, а $E_{\rm {C}}$ — енергія заряду обернено пропорційна загальній ємності кубітового ланцюга. Перевагою збільшення співвідношення $E_{\rm {J}}/E_{\rm {C}}$ 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 ${\frac {(E_{2}-E_{1})-(E_{1}-E_{0})}{E_{1}-E_{0}}}$ , де $E_{i}$ — енергія стану $|i\rangle$ . 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^[en], 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 $E_{\rm {J}}/E_{\rm {C}}$ , поєднані з різними типами мікрохвильових резонаторів, також називаються трансмонами.

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

↑ ^а ^б 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
↑ 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
↑ Fink, Johannes M. (2010). Quantum Nonlinearities in Strong Coupling Circuit QED (Ph.D.). ETH Zurich.
↑ 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
↑ 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
↑ 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
↑ 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
↑ 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. doi:10.1238/Physica.Topical.076a00165. ISSN 1402-4896.

[Koch-1] а ^б 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

[Schreier-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

[Barends-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

[Paik-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

[Rigetti-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. doi:10.1238/Physica.Topical.076a00165. ISSN 1402-4896.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

Трансмон

Порівняння з коробкою з куперівськими парами[ред. | ред. код]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

Навігаційне меню

Пошук