基于强相互作用与多体动力学解耦的小型逻辑量子比特架构

我们提出一种新颖的超导逻辑量子比特架构，称为冷回声量子比特（CEQ），其能够在远长于其任一组成部分的时间尺度上保存量子信息。CEQ 完全自主运行，无需测量或反馈，并且与相对较强的相互作用元件兼容，从而实现多个 CEQ 之间快速、高保真度的逻辑门。其量子态通过强相互作用与微波驱动的结合得到保护，后者实现了一种多体动力学解耦以抑制相位噪声。基于严谨理论分析与数值模拟的估计预测，在基础相干性无改进的前提下，其寿命与门保真度相比当前最先进水平提升一个数量级或更多。在此，我们考虑 CEQ 的最简实现，即使用一对通过共享互感分流的通量子（fluxonium）量子比特。虽未必是最佳实现，但其最易于实验测试，并应展现出远超盈亏平衡（相对于其组分的极限相干时间）的相干性。我们还给出了一种更复杂的三节点电路；预计其相干性约为双通量子对应电路的两倍。