利用范德瓦耳斯材料微型化 transmon 量子比特

量子计算机在某些计算任务上相对于经典计算机有可能实现指数级加速，正如最近在超导量子比特系统中所展示的那样。然而，这些量子比特由于需要大电容电极以通过避开介电材料来抑制损耗而具有很大的占位面积。这种策略通过增加电路元件间的寄生耦合、降低单个量子比特的可寻址性以及限制量子比特的空间密度而阻碍了规模化。在此，我们利用范德瓦耳斯（vdW）材料的独特性质，在不过度增加损耗的情况下将量子比特面积减小了 $>1000$ 倍，同时保留所需电容。我们的量子比特将传统的铝基约瑟夫森结与由超导二硒化铌（NbSe$_2$）晶层和绝缘六方氮化硼（hBN）组成的平行板电容器相结合。我们测得 vdW transmon 的 $T_1$ 弛豫时间为 1.06 $\mu$s，这展示了实现具有高量子比特密度和长相干时间的量子处理器的路径，并说明了层状异质结构在低损耗、高相干量子器件中的广泛效用。