超导量子比特阵列中的串扰色散与空间尺度
量子物理
2025-12-23 v1
摘要
量子比特之间的串扰本质上限制了量子处理器的可扩展性，亟需能够处理大规模量子比特阵列复杂性的物理模型。本文构建了完整的理论和实验框架，捕捉固定频率 transmon 阵列中相邻及非相邻量子比特之间的残余相互作用。该模型整合了带状电容矩阵中指数局域化效应、通过中间模式的谱 detuning 乘积抑制虚拟耦合，以及低于截止频率电磁场的衰减效应，给出量子比特空间分离和谱 detuning 作为函数的耦合强度的预测尺度关系。对 超导量子比特阵列的实验表征显示，指数空间衰减和频率依赖抑制均符合理论预测，在 \qtyrange[range-phrase = --, range-units = single]{4}{6}{\giga\hertz} 工作频率范围内实现了对所有最近邻耦合的定量一致。我们的结果表明，标准的无耗哈密顿量近似在忽略空间和谱依赖性时会系统性地高估远距离耦合；这些误差会传播到电路仿真和设计策略中。我们的框架提供了在真实制造约束下应用于更大规模量子处理器串扰缓解的设计指导，解决了可扩展性中的瓶颈问题。
引用
@article{arxiv.2512.18148,
title = {Crosstalk Dispersion and Spatial Scaling in Superconducting Qubit Arrays},
author = {Mohammed Alghadeer and Simon Pettersson Fors and Shuxiang Cao and Simone D. Fasciati and Haru Ishizaka and Anton Frisk Kockum and Peter Leek and Mustafa Bakr},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.18148},
year = {2025}
}