间隙工程设计超导量子比特阵列中的相关误差爆发

实现容错型超导量子处理器的一个主要障碍在于电离辐射对量子比特基板的影响。这种影响会暂时增加器件各处准粒子(QP)的密度,从而导致量子比特发生关联性错误爆发。其中最严重的错误——T₁错误——源于准粒子穿过量子比特约瑟夫森结(JJs)的隧穿效应。该研究团队近期在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 133, 240601 (2024)]中证明,通过设计约瑟夫森结的超导能隙结构来阻止准粒子隧穿,可大幅抑制此类错误。 在本工作中,研究人员发现了一种新型的辐射冲击关联性错误,这种错误在能隙工程措施下仍持续存在。该团队观察到,辐射冲击会使受影响量子比特的频率发生偏移,进而导致关联性相位错误。这些频率偏移呈现系统性负向变化,最大可达3MHz,持续时间约1ms。研究证据表明,偏移源于约瑟夫森结区域的准粒子-量子比特相互作用。此外,该团队证实这种偏移引发的相位错误可能严重影响量子纠错协议的性能。

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