新型量子比特运行无需外部磁场
发布时间: 2024-10-20 08:19:55
科技日报记者 张佳欣
据最新一期《自然通讯·材料》杂志报道，一个由日本国家信息与通信技术研究所（NICT）和名古屋大学等机构组成的团队，开发出了世界上首个无需外部磁场即可运行的超导通量量子比特。传统上，超导通量量子比特需要依靠大型线圈或通量线提供的外部磁场才能工作，而这款新型量子比特利用了铁磁约瑟夫森结（π结），从而可在没有磁场的情况下运作。这为高性能量子计算机的发展提供了新的可能性。
在众多类型的量子比特中，超导量子比特的量子态比较容易操控，因此广受科学家青睐。这些量子比特的核心组件是π结，它对于控制量子比特的操作至关重要。
当前，传输子量子比特非谐性低，在大量集成时会面临频率拥挤的问题。相比之下，采用3个π结且具有较高非谐性的通量量子比特能够缓解这类问题。然而，通量量子比特的扩展受到限制，因为它们依赖于外部线圈提供必要的磁通量。这不仅可能引入噪声，还需要额外的控制线路。
为了克服这一难题，团队将硅基氮化物超导量子比特技术与铁磁约瑟夫森器件相结合，创造了一种带有π结的通量量子比特。这种π结能够在不使用外部磁场的情况下产生180度相位偏移，使得量子比特能在最优条件下独立运行。
团队表示，这项创新减少了噪声干扰，简化了电路设计，并促进了量子比特的大规模集成。尽管该量子比特的相干时间仅为1.45微秒，比之前某些相位量子比特提高了360倍，但仍短于无π结的传统通量量子比特。不过，消除对外部磁场的需求标志着向更加高效和经济的量子技术迈进了一大步。
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