Qubit superconduttivi: qubit di carica e transmon qubit

Stefano Olivares

Marco Armoni

Dentro un computer quantistico superconduttivo è un volume introduttivo e divulgativo dedicato ai principi fisici e ingegneristici che rendono possibile la realizzazione di un qubit superconduttivo. Il testo accompagna progressivamente il lettore dall’elettronica classica alla computazione quantistica, mostrando come componenti familiari quali condensatori, induttori e circuiti risonanti possano diventare, quando vengono portati nel regime quantistico, gli elementi di base per la costruzione di sistemi artificiali capaci di rappresentare ed elaborare informazione quantistica. Il percorso prende avvio dal circuito LC e dal concetto di oscillatore armonico, per introdurre successivamente la quantizzazione dell’energia e la struttura a livelli dell’oscillatore quantistico. Viene quindi analizzato il limite fondamentale dell’oscillatore armonico come possibile qubit, determinato dall’equidistanza dei suoi livelli energetici, e viene introdotta la giunzione Josephson quale elemento non lineare in grado di produrre l’anarmonicità necessaria alla selezione delle transizioni quantistiche. La trattazione conduce quindi alla struttura e al funzionamento del transmon, illustrando il ruolo della capacità di shunt, dell’energia di carica e dell’energia Josephson e il compromesso progettuale tra riduzione della sensibilità al rumore di carica e conservazione di una sufficiente anarmonicità. I due livelli energetici inferiori del transmon vengono infine interpretati come spazio computazionale del qubit, descrivendo il ruolo degli impulsi a microonde nel controllo coerente degli stati e il problema delle transizioni indesiderate verso i livelli superiori. Il volume adotta un approccio prevalentemente discorsivo e concettuale, limitando il formalismo matematico e accompagnando la trattazione con illustrazioni e schemi scientifici originali. L’obiettivo è rendere comprensibile la continuità esistente tra elettronica classica, superconduttività, meccanica quantistica e ingegneria dei qubit, offrendo al lettore una visione organica del percorso che conduce da un semplice circuito elettrico a un qubit superconduttivo controllabile.

L. Oberto, Emanuele Enrico, Luca Fasolo +2 more

La crescita delle tecnologie quantistiche e l’introduzione del Quantum Computing stanno aumentando in modo significativo l’uso di segnali a microonda e della relativa componentistica all’interno di sistemi criogenici. L’avanzamento di queste tecnologie richiede una miglior conoscenza e capacità di controllo in-situ dei segnali elettrici utilizzati per controllare circuiti quantistici rispetto allo stato dell’arte. Attualmente, le competenze metrologiche per realizzare misure affidabili in un sistema criogenico non sono sufficienti per soddisfare le esigenze della comunità scientifica in questo settore. Ad esempio, l’uso di computer quantistici basati su qubit superconduttivi richiede la capacità di generare forme d’onda arbitrarie di elevatissima precisione ed accuratezza, di frequenza fino a 10 GHz. D’altro canto, la componentistica a microonde utilizzata per queste applicazioni deve rispettare criteri stringenti e sono richieste capacità di misura di elevata precisione ed accuratezza anche in questi ambienti estremi. La misura di grandezze critiche quali i parametri di Scattering o la potenza elettromagnetica pone diversi problemi quali l’impossibilità ad accedere ai dispositivi sotto misura e la temperatura drammaticamente diversa rispetto a quella dei campioni primari di riferimenti che sono realizzati a temperatura ambiente. Il progetto SuperQuant si propone di ridefinire l’attuale stato dell’arte per affrontare queste esigenze.

Iván Leonardo Zalamea Zamora

高贵龙, 蔡根畅, 黄寿胜 +2 more

我们建议一个一步舞方法与电容地联合到一个超导的传播线共鸣器(TLR ) 的 transmon qubits 准备 multi-qubit GHZ 和 W 状态。与王等第一介绍的计划相比。[Phys。加快。B 81 (2010 ) 104524 ] ，因为我们使用了的 transmon qubits 对 decoherence 和不可避免的参数变化更柔韧，我们的计划有更长的 dephasing 时间和短得多的操作时间不仅，而且有 TLR 的强壮得多的联合常数。基于 transmons 和 TLR 的赞成性质，我们的方法在实验是更可行的。

Stefano Olivares