实验实现一个 $\cos(2\varphi)$ 超导量子比特

具有嵌入对称性的超导电路是稳健保护量子信息免受主导误差通道的优秀候选方案。$\cos(2\varphi)$ 量子比特由一个岛屿构成，该岛屿通过隧穿元件接地，该元件选择性地传输库仑对偶。该设计利用电荷-奇偶性对称性来抗电荷引起的误差。本实验中，我们观察到一个由相反库仑奇偶态组成的二重态，其被 $13.6~\mathrm{MHz}$ 分裂。我们在软型超临田 regime 下工作，该分裂值在前几种实现方法中小两个数量级，将电荷引起的损耗推至测量相干时间之外。尽管转换频率较低，我们展示了相干量子控制、单次读出以及量子跳跃的分辨。通过将岛屿电荷矩阵元与未受保护的等离子体跃迁相比较，证明了该量子比特的电荷保护作用，其电荷矩阵元被抑制约 $100$ 倍，将介电损耗极限置于 $10~\mathrm{ms}$ 以上。测得的 $T_1 = 70~\mu\mathrm{s}$ 和 $T_2^\mathrm{echo}= 2.5~\mu\mathrm{s}$ 则受限于隧穿元件环路中的 $1/f$ 磁通噪声。该实验表明，在超临田 regime 下推进库仑对偶配对可实现高电荷损耗极限，同时保持相干控制和单次读出。我们识别出磁通噪声是剩余主要限制因素，呼吁采用梯度测量设计或新型 $4e$-隧穿元件。