量子芯片协同设计以保真度与纠缠态维持

该研究提出了一种旨在同时保持纠缠态与读出保真度的超导量子芯片架构,解决了可扩展量子硬件开发中的关键权衡问题。在传统量子电路中,强量子比特间耦合虽能增强纠缠,却常导致串扰、退相干及测量保真度下降等问题。为缓解这些效应,研究人员设计了一种由九个Transmon量子比特组成的混合多比特构型,这些量子比特通过一个磁通可调谐比特与分布式谐振器网络分为内部群和外部群:内部量子比特与可调谐比特形成纠缠核心,而外部量子比特在大失谐条件下以色散模式运行以实现读取。通过调节中心可调谐比特与内部量子比特的耦合强度,可实现纠缠度的动态调控。系统总哈密顿量涵盖了所有重要耦合贡献,包括内外量子比特间的有效交换作用及其通过界面谐振器的介导耦合。通过数值求解完整哈密顿量及林德布拉德主方程,该工作表征了系统动力学特性,从而可同步评估光谱特征与分离保真度。仿真结果表明:所提架构在现实噪声环境下既能通过构建避免交叉区域维持强纠缠,又可保持约0.995的测量保真度。这些发现证实了纠缠强度与读出保真度可在单一可重构架构中协同优化,为高性能可扩展超导量子处理器的发展提供了可行路径。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-11-06 08:52

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