微观结构拓扑作为量子相干性的描述符:构建超导量子比特退相干的统一框架

在超导量子电路中,消相干性的改善通常通过同时改变表面化学、微观结构拓扑和器件几何形状的工艺干预来实现,这使得机理归因在结构上无法充分确定。预测性材料工程需要将可测量的结构统计数据从几何依赖的耦合系数中分离出来,转化为可独立测试的因子。该研究团队提出了经典与量子微观结构的概念。在此框架下,研究人员构建了超导transmon量子比特中消相干现象的通道可分离分析体系——每个损耗通道都由简化的“预描述符”来表征。其中,通道特异性微观结构状态变量的确定独立于器件几何形状,而几何依赖的耦合泛函则可通过场解计算获得,无需考虑表面化学特性。该工作从空间分辨的核函数表示中推导出这种乘积形式,并建立了微扰可分离性判据,用以界定变量独立变化适用的范围。该框架为transmon类器件中主要损耗路径制定了五类预描述符标准。通过预设的2×2实验验证方案(要求变量在误差传递范围内满足独立的比率校验)实现了理论的可证伪性。最小数据集规范为跨实验室推论制定了标准化报告流程。第一部分确立了概念与数学架构,协调性实验验证将留待第二部分展开。

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提交arXiv: 2026-04-05 04:07

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