超导量子电路中微观二能级缺陷的非局域与非马尔可夫效应

微观二能级系统（TLS）——固态量子器件中普遍存在的原子尺度缺陷——是量子比特退相干的主要来源，但其作用通常被认为是局域的且短记忆的。在这里，我们报告观察到一个相干TLS同时耦合到两个空间上相距甚远的超导量子比特。该TLS被确定位于连接量子比特的可调耦合器内，从而能够通过耦合器频率控制TLS-量子比特耦合强度——这是早期研究中缺失的能力。这种可调性允许我们系统地探测TLS如何扭曲量子比特动力学，重新审视在非马尔可夫TLS退相位噪声存在下的退相干模型。这得到了跨越十个数量级以上（0.1\,mHz -- 1\,MHz）的TLS频率涨落重构 $1/f$ 噪声谱的证实，该谱揭示了离散涨落子特征。量子过程层析进一步揭示了TLS诱导的量子比特关联动力学，突显了长寿命TLS作为非马尔可夫性的有效来源。我们的发现揭示了可扩展量子架构中一个先前被忽视的相互作用机制：嵌入在耦合元件中的缺陷可以同时影响多个量子比特且影响程度可变。除了对系统表征和校准的直接意义外，这种情况为研究缺陷驱动的量子动力学、改进误差抑制策略以及推进可扩展量子技术的架构设计提供了强大的测试平台。