麻省理工学院的研究团队近日公布了一种名为Fluxium的新型超导量子比特，其寿命远超传统量子比特，据报道，双量子比特门保真度超过99.9%，而单量子比特门保真度高达99.99%。
与此同时，他们还设计了一种独特的架构，使得涉及Fluxium量子比特的操作（称为门）能够达到更高的准确度。
相关研究已发表于《Physical Review X》杂志上[1]。
01. Fluxium：超越传统量子比特
在经典计算中，门是对比特执行的操作。而在量子计算中，门是对一个或两个量子比特的逻辑运算。因此，实现高精度的操作在量子系统中至关重要，因为任何错误都可能导致系统故障。
与传统的“transmon”量子比特相比，新型的Fluxium量子比特具有更长的工作寿命，最新研究可达1.43毫秒以上[2]，这意味着它们能够长时间运行算法而不会丢失数据。这一突破性的进展促使麻省理工学院团队开发出高精度门。
主要作者Leon Ding博士表示：“构建大型量子计算机从强大的量子比特和门开始。我们展示了一个非常有前途的双量子比特系统，并展示了它在扩展方面的许多优势。下一步的目标是增加更多的量子比特[3]。”
图｜器件概述和门原理。(a) 两个 Fluxium 量子比特（红色）电容耦合至可调谐 Transmon 耦合器（蓝色）的简化电路原理图。(b) 两个 Fluxium 量子比特和 Transmon 及其读出谐振器、电荷线和局部通量线的假彩色光学显微照片。102 个串联的约瑟夫森结阵列形成了 Fluxium 电感。(c) 能级图说明 CZ 门的原理。在实践中，水平| 201 , | 102 ，和 | 111 是高度杂交的，并且选择性地驱动这些跃迁中的任何一个都会产生 CZ 门。
图｜如何使用新的“本征自旋轨道 EDSR”过程控制多个量子比特（来源：Tony Melov）
02. 从实验室走向商业
当下，麻省理工学院的团队已经成立了一家名为Atlantic Quantum的初创公司，旨在利用Fluxium量子比特构建商用量子计算机。
Atlantic Quantum 首席执行官 Bharath Kannan 博士表示：“这些结果可以立即应用，并可能改变整个领域的现状。我们坚信，这种架构，或者类似的使用 Fluxium 量子比特的架构，在实际构建有用的、容错的量子计算机方面显示出了巨大的希望。”
图｜超导量子比特架构的艺术渲染图（来源：Krantz Nanoart）
阿里巴巴全球研究机构的 Chunqing Deng 等专家对麻省理工学院团队的工作给予了高度评价，称其为量子计算领域的一个关键里程碑。
Deng表示：“这项工作开创了一种耦合两个 Fluxium 量子比特的新架构。所实现的门保真度不仅是 Fluxium 有史以来最好的，而且与目前占主导地位的量子比特 Transmons 的门保真度相当。更重要的是，该架构还在参数选择方面提供了高度的灵活性，这是扩展到多量子比特 Fluxium 处理器所必需的功能。”
“对于我们这些相信 Fluxium 从根本上来说是比 Transmon 更好的量子比特的人来说，这项工作是一个令人兴奋和肯定的里程碑。它不仅会促进 Fluxium 处理器的发展，而且更广泛地会促进替代 Transmons 的量子比特的发展。”
然而当下， Transmons超导量子比特发展势头强劲，科技巨头谷歌、IBM等公司均参与其中。并且，IBM当下已推出433-Q量子计算系统。
Fluxium超导量子比特虽具有毫秒级别较长的相干时间，但尚处于“萌芽”阶段，是否能如阿里巴巴研究专家所说，广泛地促进替代 Transmons 的量子比特的发展，让我们拭目以待。
引用：
[1]https://doi.org/10.1103/PhysRevX.13.031035
[2]https://phys.org/news/2023-07-millisecond-coherence-fluxonium-qubit.html
[3]https://news.mit.edu/2023/new-qubit-circuit-enables-quantum-operations-higher-accuracy-0925
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