在3K温度下利用约瑟夫森脉冲发生器对超导量子比特进行相干性受限的数字控制

相较于室温环境下工作的传统半导体控制电子器件(TSCE),低温单磁通量子(SFQ)电子器件能为量子比特测量与控制提供创新解决方案,有效解决低温量子处理器扩展性方面的关键问题。近期研究已证实SFQ电路与超导量子比特耦合可实现单量子比特控制和读取,但SFQ电子器件与量子比特共置的实验因准粒子中毒效应导致量子比特退相干加剧和损耗增加。该团队此前实验表明,在高相干性三维Transmon架构中,将控制电子器件移至稀释制冷机3K温区可消除此类退相干源。本研究中,该工作同样在3K温区生成脉冲信号,并针对可扩展二维Transmon器件优化了量子比特设计与控制线路。研究直接对比了约瑟夫森脉冲发生器(JPG)电路与TSCE装置控制的量子比特寿命T₁、相干时间T₂*及门保真度:T₁与T₂*的测量结果符合日间波动范围,随机基准测试结果偏差小于10%。通过交错随机基准测试测得单个JPG门的平均错误率为0.46%,与基于量子比特相干性和高能态泄漏的理论预期高度吻合。这些结果将门保真度较该团队先前研究提升了一个数量级,证实3K温区运行的约瑟夫森微波源是实现可扩展量子比特控制的关键组件。

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提交arXiv: 2025-12-08 19:00

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