超导量子比特中ZZ耦合的全面解释

扩大超导量子计算机规模的一个主要挑战是量子比特之间产生不需要的耦合，这些耦合导致始终存在的ZZ耦合，通过条件性偏移能级来影响门保真度。为解决这一挑战，我们引入了分析和数值技术，包括图示扰动理论和状态分配算法。这些工具共同使我们能够通过三个相互关联的视角解释ZZ耦合的产生，其中每个视角都有助于更深入地了解产生ZZ耦合的底层机制。这些视角概括了以前的工作，后者仅关注特定设置和单一机制。在我们对ZZ耦合背后机制的更深入理解促进了寻找弱和强ZZ耦合参数区域的能力。我们为由两个固定频率 transmon 量子比特通过一个通量可调 transmon coupler 连接的系统展示了我们的技术。在该系统中，我们发现三个类型的参数区域具有零或接近零的ZZ耦合，这些区域均可通过当前技术实现。我们进一步发现靠近的强ZZ耦合区域可用于实现adiabatic 受控相位门和量子模拟。我们的框架适用于多种类型的量子比特，为设计具有 improved 门保真度的大规模量子计算机开辖了道路。