超导电路中不希望的寄生相互作用的建模与抑制

超导量子比特是构建量子计算机最具前景的候选之一。尽管量子比特相干性取得了显著进展,但实现容错量子计算机仍面临主要挑战,其根本原因在于门的保真度不足。寄生 qubit 间相互作用是导致此类保真度不足的关键因素,本论文针对这一问题在二维和三维电路中进行了研究。该寄生相互作用导致计算能级与非计算能级之间的弯曲,从而引发寄生 ZZ 相互作用。本论文首先考察了在两种二维 qubit 组合中消除 ZZ 相互作用的可能性:一对相互作用的 transmon 以及一个与电容接地的 flux qubit (CSFQ) 耦合的混合对。所发展的理论用于准确模拟我们合作者实验结果,他们测量了带无跨谐振 (CR) 门和有 CR 门时的 CSFQ-transmon 对。理论与实验之间的强烈一致性,促使我们进一步研究一种在无静态 ZZ 相互作用下实现 99.9% 保真度的 CR 门。由于 CR 脉冲会在静态部分添加额外的 ZZ 分量,本文提出一种称为动力学 ZZ 自由 (dynamical ZZ freedom) 的新策略,以消除总 ZZ 相互作用。该策略可应用于全 transmon 电路,以实现完美纠缠。基于上述发现,本文提出一种新的两种 qubit 门,即寄生免除 (PF) 门。此外,本论文探讨了如何利用 ZZ 相互作用来提高受控-Z 门的性能。最后,考察了第三个 qubit 对两种 qubit 门性能的影响,并提供了多个示例来说明在超过两个 qubit 的电路中两种体 ZZ 和三体 ZZZ 相互作用的特性。