Transmon - Transmon

İçinde kuantum hesaplama ve daha spesifik olarak süper iletken kuantum hesaplama, bir Transmon bir tür süper iletken şarj kübit şarj gürültüsüne karşı azaltılmış hassasiyete sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Transmon, Robert J. Schoelkopf, Michel Devoret, Steven M. Girvin ve meslektaşları Yale Üniversitesi 2007 yılında.^[1]^[2] Adı, terimin kısaltmasıdır iletim hattı şantlı plazma salınımı kübit; aşağıdakilerden oluşan bir Cooper çifti kutusu "Seçici kübit kontrolü için yeterli uyumsuzluğu korurken şarj gürültüsüne duyarlılığı azaltmak için iki süper iletkenin de kapasitif olarak şöntlendiği".^[3]

Dört transmon kübitten oluşan bir cihaz, dört kuantum otobüsleri ve dört okuma rezonatörler imal eden IBM ve yayınlandı npj Quantum Bilgileri Ocak 2017'de.^[4]

Transmon, şarj gürültüsüne karşı azaltılmış hassasiyetini, oranını önemli ölçüde artırarak elde eder. Josephson enerji şarj enerjisine. Bu, büyük bir şöntleme kapasitörünün kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Sonuç, yaklaşık olarak ofset yükünden bağımsız olan enerji seviyesi aralıklarıdır. Düzlemsel çip üstü transmon kübitlerinde T₁ tutarlılık zamanları ~ 30 μs ila 40 μs.^[5] Süper iletkeni değiştirerek iletim hattı üç boyutlu süperiletken boşluğa sahip boşluk, transmon kübitler üzerine yapılan son çalışma önemli ölçüde iyileşti T₁ kez, 95 μs'ye kadar.^[6]^[7] Bu sonuçlar, önceki T₁ zamanlar ile sınırlı değildi Josephson kavşağı kayıplar. Tutarlılık süresinin temel sınırlarını anlamak süper iletken kübitler transmon gibi aktif bir araştırma alanıdır.

Cooper-Pair Kutusu ile Karşılaştırma

Yük kübitinden şematik kübit enerji seviyeleri diyagramı (üst,

{ displaystyle E _ { rm {J}} / E _ { rm {C}} = 1}

) transmon'a (alt,

{ displaystyle E _ { rm {J}} / E _ { rm {C}} = 50}

), ilk 3 enerji seviyesi (

{ displaystyle m = 0,1,2}

), ortalama sayının fonksiyonu olarak

{ displaystyle n_ {g}}

nın-nin Cooper çiftleri kavşak boyunca, zemin ile ilk uyarılmış durum arasındaki boşluğa normalize edilmiştir.^[1] Şarj kübiti (üstte) normalde

{ displaystyle n_ {g} = 0,5}

"tatlı nokta", burada dalgalanmalar

{ displaystyle n_ {g}}

daha az enerji kaymasına neden olur ve uyumsuzluk maksimumdur. Transmon (alt) enerji seviyeleri,

{ displaystyle n_ {g}}

dalgalanmalar, ancak uyumsuzluk azalır

Transmon tasarımı ilk tasarıma benzer^[8] Cooper çifti kutusu, her ikisi de aynı Hamiltoniyen tarafından tanımlanmıştır, tek fark, ${ displaystyle E _ { rm {J}} / E _ { rm {C}}}$ oran, şöntleme ile elde edilir Josephson kavşağı ek bir büyük ile kapasitör. Buraya ${ displaystyle E _ { rm {J}}}$ ... Josephson enerji kavşağın ve ${ displaystyle E _ { rm {C}}}$ kübit devresinin toplam kapasitansı ile ters orantılı olan şarj enerjisidir. Artırmanın yararı ${ displaystyle E _ { rm {J}} / E _ { rm {C}}}$ oran yük gürültüsüne duyarsızlıktır - enerji seviyeleri bağlantı boyunca elektrik yükünden bağımsız hale gelir, bu nedenle kübitin tutarlılık süreleri uzar. Dezavantajı uyumsuzlukta azalma ${ displaystyle { frac {(E_ {2} -E_ {1}) - (E_ {1} -E_ {0})} {E_ {1} -E_ {0}}}}$ , nerede ${ displaystyle E_ {i}}$ devletin enerjisidir ${ displaystyle | i rangle}$ . Azaltılmış uyumsuzluk, cihazın iki seviyeli bir sistem olarak çalışmasını karmaşıklaştırır, örn. cihazı temel durumdan birinci uyarılmış duruma bir rezonans darbesiyle uyarmak da ikinci uyarılmış durumu doldurur. Bu komplikasyon, daha yüksek enerji seviyelerini hesaba katan ve yıkıcı parazitle uyarılmalarını engelleyen karmaşık mikrodalga darbe tasarımı ile aşılır.

Transmonların ölçümü, kontrolü ve bağlanması, mikrodalga rezonatörleri vasıtasıyla aşağıdaki tekniklerle gerçekleştirilir. devre kuantum elektrodinamiği ayrıca şunlar için de geçerlidir: diğer süper iletken kübitler. Rezonatörlere bağlantı, rezonatörün bulunduğu bir noktada kübit ile rezonatör arasına bir kondansatör koyarak yapılır. elektromanyetik alan en büyüğüdür. Örneğin, IBM Quantum Experience cihazlar, rezonatörler "çeyrek dalga " eş düzlemli dalga kılavuzu dalga kılavuzu ucunda kısa sinyal toprağında maksimal alan, bu nedenle her IBM transmon kübitinin uzun bir rezonatör "kuyruğu" vardır. İlk teklif benzerdi iletim hattı rezonatörler her transmonla birleşerek ismin bir parçası haline geldi. Ancak, şarj kübitleri benzer bir ${ displaystyle E _ { rm {J}} / E _ { rm {C}}}$ rejim, farklı türdeki mikrodalga boşlukları ile birlikte transmonlar olarak da adlandırılır.

Ayrıca bakınız

Devre kuantum elektrodinamiği (CQED)

Referanslar

^ ^a ^b J. Koch et al., "Cooper çifti kutusundan türetilen, yüke duyarlı olmayan kübit tasarımı," Phys. Rev. A 76, 042319 (2007), doi:10.1103 / PhysRevA.76.042319, arXiv: koşul-mat / 0703002
^ J.A. Schreier et al., "Süperiletken yük kübitlerinde yük gürültüsü eş evreliğini bastırma," Phys. Rev. B 77, 180502 (2008), doi:10.1103 / PhysRevB.77.180502, arXiv: 0712.3581
^ Fink, Johannes M. (2010). Kuvvetli Kuplaj Devresinde Kuantum Doğrusal Olmayanlıklar QED (Doktora). ETH Zürih.
^ J. M. Gambetta, J. M. Chow ve M. Steffen, "Süper iletken bir kuantum hesaplama sisteminde mantıksal kübitler oluşturma", npj Quantum Bilgileri 3, 2 (2017), doi:10.1038 / s41534-016-0004-0
^ R. Barends et al., "Uyumlu Josephson Qubit, Ölçeklenebilir Kuantum Tümleşik Devreler için Uygun," Phys. Rev. Lett., 111, (2013), doi:10.1103 / PhysRevLett.111.080502, arXiv: 1304: 2322
^ H. Paik et al., "Üç boyutlu devre QED mimarisinde ölçülen Josephson kavşağında yüksek tutarlılığın gözlemlenmesi kübitleri," Phys. Rev. Lett. 107, 240501 (2011), doi:10.1103 / PhysRevLett.107.240501, arXiv: 1105.4652
^ C. Rigetti et al., "0,1 ms'ye yaklaşan tutarlılık süresi ile dalga kılavuzu boşluğunda süper iletken kübit," 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). "Tek bir Cooper çifti ile kuantum tutarlılığı". Physica Scripta. 1998 (T76): 165. doi:10.1238 / Physica.Topical.076a00165. ISSN 1402-4896.

[Koch-1] J. Koch et al., "Cooper çifti kutusundan türetilen, yüke duyarlı olmayan kübit tasarımı," Phys. Rev. A 76, 042319 (2007), doi:10.1103 / PhysRevA.76.042319, arXiv: koşul-mat / 0703002

[Schreier-2] J.A. Schreier et al., "Süperiletken yük kübitlerinde yük gürültüsü eş evreliğini bastırma," Phys. Rev. B 77, 180502 (2008), doi:10.1103 / PhysRevB.77.180502, arXiv: 0712.3581

[3] Fink, Johannes M. (2010). Kuvvetli Kuplaj Devresinde Kuantum Doğrusal Olmayanlıklar QED (Doktora). ETH Zürih.

[4] J. M. Gambetta, J. M. Chow ve M. Steffen, "Süper iletken bir kuantum hesaplama sisteminde mantıksal kübitler oluşturma", npj Quantum Bilgileri 3, 2 (2017), doi:10.1038 / s41534-016-0004-0

[Barends-5] R. Barends et al., "Uyumlu Josephson Qubit, Ölçeklenebilir Kuantum Tümleşik Devreler için Uygun," Phys. Rev. Lett., 111, (2013), doi:10.1103 / PhysRevLett.111.080502, arXiv: 1304: 2322

[Paik-6] H. Paik et al., "Üç boyutlu devre QED mimarisinde ölçülen Josephson kavşağında yüksek tutarlılığın gözlemlenmesi kübitleri," Phys. Rev. Lett. 107, 240501 (2011), doi:10.1103 / PhysRevLett.107.240501, arXiv: 1105.4652

[Rigetti-7] C. Rigetti et al., "0,1 ms'ye yaklaşan tutarlılık süresi ile dalga kılavuzu boşluğunda süper iletken kübit," 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). "Tek bir Cooper çifti ile kuantum tutarlılığı". Physica Scripta. 1998 (T76): 165. doi:10.1238 / Physica.Topical.076a00165. ISSN 1402-4896.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]