在 Maxwell-Schrödinger 数值方法中纳入 transmon 量子比特间的多量子比特交换耦合效应

超导量子比特已成为实现量子计算机的主要平台。对这些器件进行精确建模对于预测性能、改进设计和优化控制至关重要。目前许多建模方法依赖于集总电路近似或其他简化处理，这些方法在解析量子比特动力学与电磁电路之间的相互作用方面可能能力有限，有时会导致数值预测与实验出现显著偏差。为解决这些局限性，人们开发了自洽求解量子比特动力学的薛定谔方程与经典麦克斯韦方程组的方法，并已证明其能准确预测与超导量子比特控制和读出相关的广泛效应。尽管取得了这些成功，但这些方法尚未能考虑导致量子比特-量子比特纠缠的多量子比特效应。在此，我们通过严格推导如何将 transmon 量子比特间的多量子比特耦合效应嵌入到 Maxwell-Schrödinger 方法中来解决这一问题。为此，我们基于先前针对两个 transmon 量子比特在色散区域通过一个公共电磁系统耦合在一起这一特定情况对 Maxwell-Schrödinger 方法的第一性原理推导。为了帮助验证 Maxwell-Schrödinger 框架的各个方面，我们还提供了一种新的解释，将 Maxwell-Schrödinger 方法视为一种捕获非马尔可夫开放量子系统动力学类别的有效模拟策略。我们的结果表明，这些效应可以引起强烈的经典串扰，从而显著改变多量子比特动力学，我们针对交叉共振门演示了这一点。这些经典串扰效应已在交叉共振实验中注意到，但先前的量子理论和器件分析无法解释其来源。