家常菜日记2024年11月12日发布:新型超导磁通量子比特可以在不受磁场包围的情况下运行

基于 NbN 的磁通量子比特和 3D 腔。图片来源：通讯材料 （2024）。DOI：

10.1038/s43246-024-00659-1

来自国家信息和通信技术研究所、NTT Corporation 和名古屋大学的计算机工程师团队开发了他们声称是世界上第一个无需周围磁场即可运行的超导磁通量子比特。

在他们发表在《通信材料》杂志上的论文中，该小组描述了他们如何使用铁磁约瑟夫森结来创建磁通量量子比特及其性能。

磁通量子比特是使用由超导体制成的极小回路制成的，该回路允许电流顺时针或逆时针流动，或以两个方向的量子叠加流动。这种量子比特通过 Josephson 结的非线性电感用于量子计算机设计。到目前为止，所有这些磁通量子比特只能在包裹在磁场中时运行。

在这项新的工作中，研究团队在创建磁通量子比特时引入了铁磁约瑟夫森结（π结）的使用，该团队声称，这一举措使磁通量子比特能够独立运行。他们还声称，它允许磁通量子比特实现迄今为止最长的生命周期。他们共同表明，这些改进可能会导致开发真正的高性能量子计算机。

磁通量子比特是在 transmon 量子比特由于频率拥挤而被证明存在问题后开发的，导致低不和谐性。使用 Josephson 结会导致更高的不谐性，但由于感应磁场需要大线圈，因此也很难缩放到可用的尺寸。线圈也容易产生噪音，必须将其静音以防止将错误引入系统。

该团队发现，使用 π 结消除了对线圈的需求及其产生的噪声。它还允许 180° 相移，研究人员指出，这允许量子比特独立运行，从而发挥最佳性能。为了创建他们的π结，研究人员将铁磁 Josephson 器件与之前开发的 NICT 氮化物超导量子比特技术相结合。

迄今为止的测试表明，新型量子比特能够展示相干特性，尽管它们仍然比非π结设计短一点。

更多信息：Sunmi Kim 等人，在零磁场下工作的具有铁磁约瑟夫森π结的超导磁通量量子比特，通讯材料（2024 年）。DOI： 10.1038/s43246-024-00659-1

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