具有可调横向与纵向耦合的感性分流 transmon 量子比特设计

本论文立足于超导 transmon 型量子比特架构框架，特别关注量子比特与谐波谐振腔之间的两类重要耦合：横向耦合与纵向耦合。我们将看到，纵向耦合在可扩展性与读取方面具有一些显著优势。本论文将聚焦于一种设计，该设计在单一电路中结合了这两类耦合类型，并提供了在纯横向、纯纵向或二者同时存在之间进行选择的可能性。我们将从电路量子化入门开始，系统性地解释如何描述与分析超导电路，并讨论构成量子比特与谐振腔的特征电路元件。随后我们将介绍本设计所提供的量子比特与谐振腔之间的两类耦合。将这一讨论从哈密顿量层面转换到电路量子化的语言，我们将展示如何设计具有特定定制耦合的电路。我们将聚焦于我们的电路设计，其由一个与嵌入式谐波模式具有可调耦合的感性分流 transmon 量子比特组成。该可调设计的显著特征是：当纵向耦合最大时横向耦合消失，反之亦然。接着，我们将转向电路设计的实现，讨论如何选取参数，并给出一个适配的替代电路，其中耦合强度与非谐性比原电路具有更好的标度行为。此外，我们提出了一个实验器件方案，将作为首次实验的原型。我们将在论文结尾讨论使用我们的电路设计进行读取的多种可能性，包括对耗散影响的简要讨论。