低频噪声作为量子比特退相干的来源

随着将固态量子比特与外部退相干源隔离的努力日益增多，材料固有的噪声源开始发挥关键作用。一个典型的例子是器件材料或衬底中的电子陷阱。电子可以在带电陷阱和空陷阱之间，或在陷阱和栅电极之间隧穿或跳跃。单个陷阱通常产生电报噪声，因此可以建模为双稳态涨落器。由于跳跃速率的分布呈指数级宽，许多陷阱产生频谱接近1/f的闪烁噪声。在此，我们发展了量子比特在由两态涨落器组成的环境中的退相干理论，这些涨落器通过与热浴的相互作用在其状态之间发生跃迁。由于与量子比特的相互作用，涨落器在量子比特的本征频率中产生1/f噪声。我们计算了在这种环境中量子比特操作的结果——自由感应和回波信号。主要问题在于，在许多重要情况下，相关的随机过程既非马尔可夫又非高斯。因此，结果通常不能用量子比特本征频率涨落的对关联函数来表示。我们的计算基于使用随机微分方程方法对量子比特密度矩阵的分析。然后使用所谓的Holtsmark过程对不同的涨落器进行适当的生成泛函平均。解析结果与模拟进行了比较，从而可以检查平均过程的准确性并评估介观涨落。这些结果有助于理解约瑟夫森量子比特中回波衰减的一些观察特征。