面向迷你化超导量子比特的可调、无模型、无杂化交叉 Kerr 耦合器

超导量子电路通常采用电容式电荷型线性耦合方案来控制元素（如量子比特）之间的相互作用。虽然这种耦合方式简单且有效，但会使满足大量电路设计需求（如保持量子比特的较大非谐性和相干性，同时实现高程的量子比特连通性和密集封装）变得困难。此外，使用线性耦合元件实现可调相互作用会产生模式杂化的动力学变化，可能引起非绝热迁移，导致漏泄误差并限制门控速度。在本工作中，我们通过提出一种基于 SQUID（超导量子干涉装置）耦合器的少量子能耦合架构来挑战上述困难。SQUID 耦合器提供可由外部通量控制的固有交叉 Kerr 相互作用，且无需依赖模式杂化。耦合器较小的量子能有助于维持相互作用处于扰动尺度，从而限制了联合元素的不寻常高阶混合，同时实现足够强的源自对角耦合元素的交叉 Kerr 相互作用。基于上述特性，我们表明 SQUID 耦合器可用于实现一种无需引入额外模式的快速、绝热且高保真度的受控-Z 门，且该操作对高频量子比特的器件不对称性具有鲁棒性。尽管可能因器件不对称性和与旁观量子比特的 parasitic杂化而产生非典型串扰，但我们指出，这些效应在实际电路参数下足够微小。作为此类少量子能耦合方案实用性的示例，我们展示了一种基于合并元件 transmon 量子比特的迷你化超导量子处理器的可扩展瓦砖策略。