面向可扩展 Fluxonium 量子处理器的双转子耦合器系统级设计

Fluxonium 量子比特具有长相干时间和强非谐性，具备成为可扩展超导量子处理器的前景。近期实验已在抑制杂散量子比特相互作用的 fluxonium-transmon-fluxonium (FTF) 架构下实现了高保真度操作，但将此类系统扩展至更大规模受限于实现耦合强度、抑制串扰以及二维架构中所需量子比特间距之间的权衡。多模式耦合器，如双转子耦合器（DTC），为克服这一限制提供了可行路径，因其可实现更强的相互作用而不牺牲量子比特间距和隔离性。本文发展了一种用于 Fluxonium 处理器的量化设计框架，采用 DTC。本工作的核心是一种频率分区架构，将量子比特能级转移、可调耦合器激发以及共振器模式置于互异的光谱区域。这种结构化的资源分配降低了参数间的相互依赖性，并使针对门操作、读出和量子比特复位的同时优化成为可能。在现实实验约束和制造引入的无序性的约束下，我们构建了可行的顺序工作流程，确定了同时支持高保真度单量子比特门、快速量子比特复位和稳健介导读出的可行参数范畴。这些结果建立了一种将电路参数与处理器级性能关联的系统级架构方法，并为实现可扩展的 Fluxonium 量子处理器提供了可操作的途径。