通过电路设计增强超导量子比特的退相干时间

我们研究了耦合到在其谱函数中具有共振频率的环境的量子比特中的退相干效应。我们通过Caldeira-Leggett量子耗散/相干公式对量子比特与其环境的耦合进行建模，并研究了具有共振的电路中退相干效应的最简单例子，例如存在隔离电路的dc SQUID相位量子比特，该电路旨在增强相干时间。我们强调，环境的谱密度强烈依赖于电路设计，并且可以通过工程设计来产生更长的退相干时间。我们首先对超导量子比特（如磁通量子比特、库珀对盒和相位量子比特）进行了一般性讨论，并表明在这类系统中，适当的电路设计可以极大地改变环境的谱密度，并导致退相干时间的增强。例如，在相位量子比特的特定情况下，我们表明，当量子比特的频率至少是环境谱密度共振频率的两倍时，量子比特的退相干时间比典型的欧姆区（其中量子比特的频率远小于谱密度的共振频率）大几个数量级。此外，我们证明环境不仅影响退相干时间，还影响跃迁本身的频率，该频率会从其无环境值发生偏移。其次，我们表明，当量子比特频率与环境谱密度的共振频率几乎相同时，会出现振荡的非马尔可夫衰减，因为量子比特及其环境自生拉比振荡，其特征时间尺度短于退相干时间。