通过双连通梯度设计实现通量噪声抗韧性的 transmon 中子量子比特

频率可调超导 transmon 中子量子比特是可扩展量子处理器的基石,但其性能常因对低频通量噪声的敏感性而受到影响。本文提出一种双连通梯度 transmon（称为“8-mon”），其通过纳米空气桥接将两个环路相连。该设计保留了完整的电调谐性，同时完全兼容标准 X-mon 控制和读出，无需额外的测量开销。空气桥接互连消除了介电损耗，使 8-mon 能够实现与参考 X-mons 相当的能量失热时间 $T_{\rm 1}$，在小通量偏置 regime 下，罗密斯相干时间 $T_{\rm 2}^*$ 几乎提升三倍。这种改进后的 $T_{\rm 2}^*$ 在不采用 echo 脱耦合的情况下达到与 $T_{\rm 1}$ 同一数量级。该器件即使没有任何磁场屏蔽，也表现出优异的长期频率稳定性。我们开发了空间相关通量噪声模型，其仿真结果准确再现实验中的相干性趋势，揭示了超导芯片环境中短程与长程磁噪声的共存。通过统一高可调性与固有通量噪声抑制，8-mon 提供了通往更具相干性和稳定性的超导量子处理器的实际路径。