中文字幕理论片,69视频免费在线观看,亚洲成人app,国产1级毛片,刘涛最大尺度戏视频,欧美亚洲美女视频,2021韩国美女仙女屋vip视频

全球首次成功檢測(cè)并識(shí)別出限制超導(dǎo)量子比特壽命的缺陷

-向?qū)嵱?span style="background-image: initial;background-position: initial;background-size: initial;background-repeat: initial;background-attachment: initial;background-origin: initial;background-clip: initial;">量子處理器的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)-

日本產(chǎn)綜研等組成的研究小組成功采用超導(dǎo)磁通量子比特^[1]檢測(cè)并識(shí)別出限制量子比特壽命的二能級(jí)缺陷^[2]。

日本電信電話株式會(huì)社（本社：東京都千代田區(qū)、代表取締役社長(zhǎng)：島田  明、以下「NTT」）と國(guó)立 研究開(kāi)発法人  産業(yè)技術(shù)総合研究所（以下「産総研」）は、超伝導(dǎo)磁束量子ビット※1  を用いて、量子 ビットの壽命を制限する 2 準(zhǔn)位欠陥※2 を検出?識(shí)別することに成功しました。

超導(dǎo)量子比特是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)最有潛力的一種構(gòu)成元素。盡管超導(dǎo)量子比特的相關(guān)研發(fā)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但容錯(cuò)量子計(jì)算^[3]技術(shù)的開(kāi)發(fā)仍然很困難，其原因之一就在于量子比特能夠保持量子信息的時(shí)間（壽命）很短。量子比特是由約瑟夫森結(jié)^[4]所構(gòu)成的。限制量子比特壽命的一個(gè)主要噪聲就來(lái)自于約瑟夫森結(jié)的電荷波動(dòng)所引起的二能級(jí)缺陷。因此，要開(kāi)發(fā)能夠進(jìn)行容錯(cuò)量子計(jì)算的超導(dǎo)量子處理器，就必須了解二能級(jí)缺陷的特性，并減少這種缺陷。

量子コンピュータ実現(xiàn)に向けて、超伝導(dǎo)量子ビットは最も有望な構(gòu)成要素の一つです。しかし、超 伝導(dǎo)量子ビットに関する研究開(kāi)発の著しい発展にもかかわらず、誤り耐性量子計(jì)算※3  が困難であ る理由の一つは、量子ビットが量子情報(bào)を保持することのできる時(shí)間（壽命）の短さにあります。こ の量子ビットの壽命を制限している大きなノイズ源が、量子ビットを構(gòu)成するジョセフソン接合※4  の 電荷揺らぎを引き起こす、2  準(zhǔn)位欠陥です。したがって、2  準(zhǔn)位欠陥の特性を理解し、低減すること が、誤り耐性型量子計(jì)算に向けた超伝導(dǎo)量子プロセッサの進(jìn)展に必要です。

針對(duì)理論上已預(yù)測(cè)的不同種類(lèi)的二能級(jí)缺陷，本研究提出了一種通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行識(shí)別的方法，并進(jìn)行了相關(guān)示范。本方法加深了對(duì)缺陷特征的理解，如能將這些理解反饋到試樣制作當(dāng)中，優(yōu)化制造工藝和材料，將有望實(shí)現(xiàn)缺陷無(wú)限少的長(zhǎng)壽命量子比特。

本研究では、理論的に予想されていたタイプの異なる  2  準(zhǔn)位欠陥を?qū)g験的に識(shí)別する方法を提 案し、実証しました。本手法により深まった欠陥の特性に対する理解を、試料作製にフィードバック し、作製プロセスや材料を最適化することにより、限りなく欠陥を少なくした長(zhǎng)壽命な量子ビットの実 現(xiàn)が期待されます。

在不遠(yuǎn)的將來(lái)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過(guò)集成更多電路改善性能的方式將達(dá)到物理極限，因此，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始關(guān)注基于新原理運(yùn)行的計(jì)算機(jī)，特別是量子計(jì)算機(jī)。曾經(jīng)，量子力學(xué)世界當(dāng)中的疊加態(tài)和糾纏態(tài)未能得到很好的利用，而量子計(jì)算機(jī)積極運(yùn)用了這些特性，有望在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所不擅長(zhǎng)的大規(guī)模搜索和因數(shù)分解等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。量子計(jì)算機(jī)的基本元素是量子比特。有關(guān)量子比特已經(jīng)有很多物理方面的研究，而超導(dǎo)量子比特是其中最有潛力的一種技術(shù)路線。

従來(lái)のコンピュータは、近い將來(lái)、回路上の集積化による特性向上が物理的な限界を迎えると 考えられており、新しい原理で動(dòng)作するコンピュータの研究が注目を集めています。特に、量子コン ピュータはこれまであまり活用されてこなかった量子力學(xué)の世界で現(xiàn)れる重ね合わせやもつれ狀態(tài) を積極的に利用し、従來(lái)のコンピュータが苦手とする大規(guī)模検索や因數(shù)分解などに威力を発揮す ると期待されています。量子コンピュータの基本要素である量子ビットは、様々な物理系が研究され ていますが、超伝導(dǎo)量子ビットは最も有力な候補(bǔ)の一つです。

超導(dǎo)量子比特的相關(guān)研發(fā)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，然而容錯(cuò)量子計(jì)算技術(shù)的開(kāi)發(fā)仍然十分困難，其原因之一在于量子比特壽命較短。限制量子比特壽命的一個(gè)重要噪聲源就是二能級(jí)缺陷。理解二能級(jí)缺陷的特征并減少這種缺陷，是實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算的一個(gè)難題（圖1）。

超伝導(dǎo)量子ビットに関する研究開(kāi)発の著しい発展にもかかわらず、誤り耐性量子計(jì)算が困難で ある理由の一つは、量子ビットの壽命の短さにあります。この量子ビットの壽命を制限している大き なノイズ源が、2 準(zhǔn)位欠陥です。そこで、2 準(zhǔn)位欠陥の特性を理解し低減することが、誤り耐性量子 計(jì)算実現(xiàn)に向けた一つの課題となっています（図 1）。

針對(duì)超導(dǎo)量子比特中所存在的不同種類(lèi)的二能級(jí)缺陷（電荷型^[5]和臨界電流型^[6]），研究小組提出了一種檢測(cè)識(shí)別的方法，并進(jìn)行了示范實(shí)驗(yàn)（圖2）。盡管以往已經(jīng)存在多種檢測(cè)二能級(jí)缺陷的方法，理論上也已經(jīng)預(yù)測(cè)存在不同類(lèi)型的二能級(jí)缺陷，但本次是首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)并識(shí)別不同類(lèi)型的缺陷。

研究グループは、超伝導(dǎo)量子ビット中に存在する異なるタイプの 2 準(zhǔn)位欠陥(電荷型*5 と臨界電 流型*6)を検出?識(shí)別する方法を提案し、実証実験を行いました(図 2)。これまでも 2 準(zhǔn)位欠陥はいく つかの方法で検出されており、異なるタイプの存在も理論的に予想されていましたが、実験で検出? 識(shí)別されたのは初めてです。

2.1二能級(jí)缺陷的檢測(cè)條件

超導(dǎo)量子比特與二能級(jí)缺陷之間的耦合主要有兩種類(lèi)型：電荷型和臨界電流型。在電荷型中，二能級(jí)缺陷的電荷波動(dòng)會(huì)引起約瑟夫森結(jié)的電荷位移，從而導(dǎo)致二能級(jí)缺陷與量子比特耦合（圖3a）；在臨界電流型中，二能級(jí)缺陷的電荷波動(dòng)會(huì)使約瑟夫森結(jié)的臨界電流發(fā)生變化，從而導(dǎo)致二能級(jí)缺陷與量子比特耦合（圖3b）。

超伝導(dǎo)量子ビットと 2 準(zhǔn)位欠陥の結(jié)合には、主に電荷型と臨界電流型の 2 種類(lèi)のタイプが存在 します。電荷型では、2 準(zhǔn)位欠陥の電荷揺らぎがジョセフソン接合の電荷の変位を引き起こすことで ２準(zhǔn)位欠陥と量子ビットが結(jié)合します（図 3a）。臨界電流型では、2 準(zhǔn)位欠陥の電荷揺らぎがジョセ フソン接合の臨界電流の変化を引き起こすことで 2 準(zhǔn)位欠陥と量子ビットが結(jié)合します(図 3b)。

電荷型的二能級(jí)缺陷可以通過(guò)量子比特的一型激發(fā)和二能級(jí)缺陷的一型激發(fā)之間的共振來(lái)檢測(cè)（圖3c）。此處二者的頻率差|ω_qb ? ω_TLS|會(huì)被微波驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致的量子比特的頻移Ω_R所補(bǔ)償；而臨界電流型的二能級(jí)缺陷可以通過(guò)量子比特的二型激發(fā)和二能級(jí)缺陷的一型激發(fā)之間的共振來(lái)檢測(cè)（圖3d）。

發(fā)現(xiàn)了上述檢測(cè)條件的差異后，研究小組就能夠識(shí)別出不同類(lèi)型的耦合。

電荷型の 2 準(zhǔn)位欠陥は、量子ビットの 1 勵(lì)起と 2 準(zhǔn)位欠陥の 1 勵(lì)起が共鳴することにより、検出されます(図 3c)。ここで、両者の周波數(shù)の差|??qb ? ??TLS|は、マイクロ波ドライブによる量子ビットの 周波數(shù)シフトΩRで補(bǔ)われます。一方、臨界電流型の 2 準(zhǔn)位欠陥は、量子ビットの 2 勵(lì)起と 2 準(zhǔn)位欠陥の 1 勵(lì)起が共鳴することにより検出されます(図 3d)。この検出條件の違いを見(jiàn)出したため、異なるタイプの結(jié)合を識(shí)別することが可能となりました。

2.2 二能級(jí)缺陷的頻譜測(cè)量

通過(guò)測(cè)量二能級(jí)缺陷的頻譜，可以將上述檢測(cè)條件的差異進(jìn)行可視化。在本實(shí)驗(yàn)中，二能級(jí)缺陷的頻譜是一邊微調(diào)施加在磁通量子比特上的磁通量，一邊進(jìn)行測(cè)量的（圖4b，c）。圖4c所示的二能級(jí)缺陷1-3（TLS1-3）顯示出與圖4a中的量子比特的頻譜相同的曲率，表明量子比特的一型激發(fā)與二能級(jí)缺陷的一型激發(fā)發(fā)生共振，即該缺陷為電荷型的二能級(jí)缺陷。而圖4c所示的二能級(jí)缺陷4和5（TLS4,5）顯示出兩倍于量子比特頻譜的曲率，表明量子比特的二型激發(fā)與二能級(jí)缺陷的一型激發(fā)生了共振，即該缺陷屬于臨界電流型。

上述の検出條件の違いは、2 準(zhǔn)位欠陥のスペクトルを測(cè)定することにより可視化することができ ます。ここでは、磁束量子ビットに印加する磁束を少しずつ変えながら、2 準(zhǔn)位欠陥のスペクトルを 測(cè)定しました(図 4b, c)。図 4c に示した 1-3 の 2 準(zhǔn)位欠陥(TLS1-3)は、図 4a の量子ビットのスペク トルと同じ曲率を示していることから、量子ビットの 1 勵(lì)起と 2 準(zhǔn)位欠陥の 1 勵(lì)起が共鳴する電荷型の 2 準(zhǔn)位欠陥であることが分かります。一方、図 4c に示した 4, 5 の 2 準(zhǔn)位欠陥(TLS4, 5)は、量子ビットスペクトルの 2 倍の曲率を示していることから、量子ビットの 2 勵(lì)起と 2 準(zhǔn)位欠陥の 1 勵(lì)起が 共鳴する臨界電流型であることが分かります。

(1）詳細(xì)分析了超導(dǎo)量子比特和二能級(jí)缺陷的耦合模型，并推導(dǎo)出每種耦合類(lèi)型的不同檢測(cè)條件，從而證實(shí)能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)識(shí)別出不同類(lèi)型的缺陷。

（１） 超伝導(dǎo)量子ビットと 2 準(zhǔn)位欠陥の結(jié)合モデルを詳細(xì)に解析し、結(jié)合タイプごとに異なる検出條 件を?qū)Г訾工长趣?、実験で識(shí)別可能であることを示しました。

(2）通過(guò)在控制超導(dǎo)量子比特躍遷頻率的同時(shí)測(cè)量二能級(jí)缺陷的頻譜，成功將量子比特和二能級(jí)缺陷耦合類(lèi)型的差異進(jìn)行了可視化。

（２） 超伝導(dǎo)量子ビットの遷移周波數(shù)を制御しながら、2 準(zhǔn)位欠陥のスペクトルを測(cè)定することによ り、量子ビットと 2 準(zhǔn)位欠陥の結(jié)合タイプの違いをスペクトル上で可視化することに成功しました。

基于本研究成果，將能夠通過(guò)掃描量子比特的頻率來(lái)區(qū)分不同類(lèi)型的二能級(jí)缺陷。同時(shí)，本研究的開(kāi)展將大大促進(jìn)對(duì)缺陷特征的理解。研究小組還將把上述結(jié)果反饋到試樣制作當(dāng)中，優(yōu)化制造工藝和材料，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷的長(zhǎng)壽命超導(dǎo)量子比特。

今回の成果により、量子ビットの周波數(shù)を掃引することで、異なるタイプの 2 準(zhǔn)位欠陥を識(shí)別する ことが可能となりました。本研究を進(jìn)めることで、欠陥の特性の解明が大幅に促進(jìn)されます。さらに、 その結(jié)果を試料作製にフィードバックし、作製プロセスや材料を最適化することにより、欠陥のない 長(zhǎng)壽命な超伝導(dǎo)量子ビットの実現(xiàn)をめざします。

此外，作為短期應(yīng)用，研究小組可以對(duì)二能級(jí)缺陷引起的噪聲進(jìn)行建模，從而研究其在優(yōu)化量子比特的門(mén)操作方面的應(yīng)用，以提高當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)的性能，從而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。

また、短期的な応用として 2 準(zhǔn)位欠陥によるノイズのモデル化が可能となることから、現(xiàn)狀の量子 コンピュータの性能向上に向けた、量子ビットのゲート操作最適化への適用についても研究を進(jìn)め、 誤り耐性型量子コンピュータの実現(xiàn)をめざします。

<術(shù)語(yǔ)解說(shuō)>

1.超導(dǎo)磁通量子比特

一種超導(dǎo)電路，由包括多個(gè)約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)環(huán)路組成，通過(guò)施加適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)偏置，即可將順時(shí)針電流狀態(tài)和逆時(shí)針電流狀態(tài)這兩種狀態(tài)作為量子二能級(jí)系統(tǒng)來(lái)使用（見(jiàn)圖5）。

2.二能級(jí)系統(tǒng)（Two Level System, TLS）缺陷

約瑟夫森結(jié)的絕緣體或超導(dǎo)薄膜表面的氧化膜中存在如圖6c所示的各種缺陷，會(huì)引起電荷波動(dòng)。將這些缺陷簡(jiǎn)化后的模型便是二能級(jí)缺陷。該模型將缺陷視為在兩個(gè)空間穩(wěn)定點(diǎn)之間移動(dòng)的電荷。

3.容錯(cuò)量子計(jì)算

量子的“疊加態(tài)”很容易受到外部噪聲影響。容錯(cuò)量子計(jì)算即在量子計(jì)算的同時(shí)，對(duì)表現(xiàn)為疊加態(tài)的邏輯量子比特的錯(cuò)誤進(jìn)行糾正與抑制。通過(guò)使用量子糾錯(cuò)和量子抑制等方法，用多個(gè)量子比特構(gòu)建單一的邏輯量子比特并進(jìn)行量子計(jì)算。

4.約瑟夫森結(jié)

在兩個(gè)超導(dǎo)體之間夾一層超薄絕緣薄膜的結(jié)構(gòu)（圖6）。相對(duì)于超導(dǎo)體的相位，該結(jié)構(gòu)能夠形成非線性超導(dǎo)電流，因此被用作超導(dǎo)量子電路中的非線性元件。超導(dǎo)量子比特通常采用鋁制作超導(dǎo)體，使用氧化鋁制作絕緣體。

5.電荷型

一種超導(dǎo)量子比特和二能級(jí)缺陷之間的耦合類(lèi)型。在電荷型中，二能級(jí)缺陷的電荷波動(dòng)會(huì)引起約瑟夫森結(jié)的電荷位移，導(dǎo)致二能級(jí)缺陷與量子比特耦合。電荷型的二能級(jí)缺陷可以通過(guò)量子比特的一型激發(fā)和二能級(jí)缺陷的一型激發(fā)之間的共振來(lái)檢測(cè)（圖3c）。

6.臨界電流型

一種超導(dǎo)量子比特與二能級(jí)缺陷之間的耦合類(lèi)型。在臨界電流型中，二能級(jí)缺陷的電荷波動(dòng)會(huì)使約瑟夫森結(jié)的臨界電流發(fā)生變化，從而導(dǎo)致二能級(jí)缺陷與量子比特耦合（圖3b）。臨界電流型的二能級(jí)缺陷可以通過(guò)量子比特的二型激發(fā)和二能級(jí)缺陷的一型激發(fā)之間的共振來(lái)檢測(cè)（圖3d）。

翻譯：王京徽

審校：劉   翔

         李   涵

通稿：李   涵