Когерентная регулировка взаимодействия между сверхпроводниковыми кубитами
Мысль применять макроскопическую квантовую когерентность сверхпроводников для конструирования квантовых вычислительных устройств не нова. В качестве логических состояний кубита возможно, например, выбрать состояния с двумя разными направлениями сверхтока в сверхпроводящем контуре с джозефсоновскими контактами (так называемый «потоковый кубит», flux qubit).
В случае если поток F магнитного поля через контур равен половине кванта потока F0, то оба состояния имеют однообразную энергию, и кубит находится в симметричной суперпозиции логической единицы и логического нуля с равными весами, другими словами суммарный ток в контуре равен нулю. Величина F=F0/2 отвечает так называемой «оптимальной точке», потому, что наряду с этим влияние шума потока на фазовую когерентность сводится к нулю, и время декогеренции достигает t ~ 1 мкс.
В литературе рассматривались разные варианты осуществления двухкубитных операций. Но большая часть из них действенны только далеко от «оптимальной точки» и исходя из этого характеризуются весьма мелкими временами t, что мешает масштабированию квантовых сверхпроводниковых устройств.
Схема организации сотрудничества между кубитами 1 и 2 при помощи промежуточного кубита 3
Для организации когерентного сотрудничества двух потоковых кубитов ученые из Финляндии, Японии и США [A.O.Niskanen et al., Science 316, 723 (2007)] внесли предложение размещать между соответствующими контурами (1 и 2) третий контур-кубит (см. рис.). Выясняется, что при F1=F0/2, F2=F0/2 и F3?F0/2 действие на совокупность резонансного микроволнового поля (частота которого равна сумме либо разности частот туннелирования между состояниями кубитов 1 и 2 с противоположными направлениями сверхтока) ведет к действенному сотрудничеству кубитов 1 и 2 за счет параметрической модуляции нелинейной индуктивности кубита 3. Энергия этого сотрудничества, пропорциональная произведению J13J23 энергий сотрудничества кубитов 1 и 2 с кубитом 3, намного больше энергии J12 прямого индуктивного сотрудничества кубитов 1 и 2 между собой, исходя из этого рабиевские частоты переходов между двухкубитными состояниями велики, и минимальное время двухкубитных операций меньше времени декогеренции.
К примеру, переход |00>>|11> осуществляется за ? 0.1 мкс, в то время как времена релаксации кубитов 1 и 2 составляют 0.3 и 1 мкс, а времена их дефазировки – 0.8 и 0.2 мкс соответственно. Авторы отмечают, что предложенную ими методику возможно использовать и к совокупностям из солидного числа потоковых кубитов. Они кроме этого обсуждают вероятные дороги ослабления эффектов декогеренции и повышения скорости двухкубитных операций.
Создатель: А.В. Елецкий