transmon 量子比特设计参数的电荷-宇称切换效应与优化

提升噪声量子处理器的性能需要增进我们对误差机制及其克服方法的认识。在本研究中，我们基于全面的噪声建模确定了量子比特设计参数的最优范围。为此，我们还分析了一种先前未被探究的误差机制，该机制由准粒子引起的电荷-宇称切换导致，可能扰动双量子比特门。由于利用了 transmon 的更高能级（其电荷色散显著更大），电荷-宇称切换将影响双量子比特门的条件相位。我们推导了绝热受控-Z 门保真度不足的分析表达式，并在可调耦合器架构中的绝热受控相位门中观察到量级相似的影响。此外，我们表明电荷-宇称切换可能是双量子比特门中主要的准粒子相关误差来源。我们还证明了电荷-宇称切换会在可调耦合器电路中引起量子比特间的残余纵向相互作用。我们提出了一种量子电路执行的性能度量，涵盖算法中单量子比特和双量子比特门的数量以及保真度，还有态制备保真度。这一综合度量，结合详细的噪声模型，使我们能够确定量子比特设计参数的最优范围。通过精确数值模拟证实我们的发现，我们确定在该最优参数范围内制造量子芯片不仅提升了性能度量，还确保其在单个量子比特相干特性增强时持续改进。我们的系统分析提供了见解，并作为开发下一代基于 transmon 的量子处理器的指导框架。