系统级可扩展Fluxonium量子处理器设计:采用双Transmon耦合器方案

Fluxonium量子比特兼具长相干时间与强非谐性,使其成为构建可扩展超导量子处理器的理想平台。近期实验已证明,在采用fluxonium-transmon-fluxonium(FTF)架构的多量子比特处理器中,可在抑制杂散量子比特相互作用的同时实现高保真度操作。然而,将该系统扩展至更大规模阵列时,会受到耦合强度、串扰抑制能力与二维架构布线所需量子比特间距三者之间权衡的制约。多模耦合器(如双transmon耦合器DTC)通过增强相互作用而不牺牲量子比特间距与隔离性,为突破这一限制提供了可行路径。本文为采用DTC的fluxonium基量子处理器建立了定量设计框架。该工作的核心是一种频率分区架构,将量子比特跃迁、可调耦合器激发与谐振腔模式分配至充分分离的频谱区域。这种结构化分配降低了参数相互依赖性,使门操作、读取与量子比特重置可同步优化。通过将器件设计构建为在真实实验约束与制造诱导无序下的多目标优化问题,该研究开发了可处理的顺序工作流,并确定了能同时支持高保真单/双量子比特门、快速量子比特重置与鲁棒色散读取的可行参数区间。这些成果建立了连接电路参数与处理器性能的系统级架构方法论,为可扩展fluxonium量子处理器提供了实验可行的实施路径。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-29 07:34

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