通过超导量子比特阵列中的能隙工程抵御高能冲击事件
量子物理
2026-01-21 v2
摘要
量子纠错 (QEC) 为容错量子计算提供了一条实用路径，前提是通过扩展至大量量子比特，且物理错误在时间和空间上充分不相关。在超导量子比特阵列中，高能冲击事件会产生相关错误，违反了这一关键假设。在此类事件之后，能量高于超导能隙的声子会在整个器件衬底中传播，进而导致整个阵列中的准粒子 (QP) 密度暂时激增。当这些 QP 隧穿穿过量子比特的约瑟夫森结时，会引发相关错误。在量子比特的约瑟夫森结上工程化不同的超导能隙提供了一种抵抗此类 QP 隧穿的方法。通过在同一衬底上制造具有强能隙工程和弱能隙工程的全铝 transmon 量子比特，我们观察到在高能冲击事件期间截然不同的响应。强能隙工程的量子比特在冲击事件期间未显示出 T1 退化，而弱能隙工程的量子比特则显示出 T1 相关退化的事件。我们还表明，强能隙工程的量子比特对因光照明强度增加引起的 QP 中毒具有鲁棒性，而弱能隙工程的量子比特则表现出相干性的快速退化。基于这些结果，能隙工程消除了高能冲击对超导量子比特阵列中 QEC 的威胁。
引用
@article{arxiv.2402.15644,
title = {Resisting high-energy impact events through gap engineering in superconducting qubit arrays},
author = {Matt McEwen and Kevin C. Miao and Juan Atalaya and Alex Bilmes and Alex Crook and Jenna Bovaird and John Mark Kreikebaum and Nicholas Zobrist and Evan Jeffrey and Bicheng Ying and Andreas Bengtsson and Hung-Shen Chang and Andrew Dunsworth and Julian Kelly and Yaxing Zhang and Ebrahim Forati and Rajeev Acharya and Justin Iveland and Wayne Liu and Seon Kim and Brian Burkett and Anthony Megrant and Yu Chen and Charles Neill and Daniel Sank and Michel Devoret and Alex Opremcak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.15644},
year = {2026}
}