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芬蘭阿爾托大學、IQM量子計算機公司和VTT技術研究中心的科學團隊發現了一種新的超導量子比特——unimon；並且，團隊已經實現了第一個具有99.9%保真度的unimon量子邏輯門，這是建立商業有用的量子計算機的重要里程碑。
研究成果以《unimon量子比特》為題[1]，發表在《自然通訊》雜誌上。
相比IBM、谷歌等公司採用的transmon，IQM表示，unimon非常簡單，但與transmon相比有很多優勢。「我們的目標是進一步改進unimon的設計、材料和選通時間，以實現99.99%的保真度目標。」目前transmon還未實現99.99%的雙量子比特門保真度。
01
unimon：門保真度首次達到99.9%
在建造有用的量子計算機的所有不同方法中，超導量子比特處於領先地位。然而，目前使用的量子比特設計和技術還不能為實際應用提供足夠高的性能。而在這個含噪聲中等規模量子計算（NISQ）時代，可實現的量子計算的複雜性大多受限於單量子比特門和雙量子比特門的錯誤：量子計算需要變得更加精確才能發揮作用。
阿爾托大學、IQM和VTT推出的全新超導量子比特unimon增加了非諧性、對直流電荷噪聲完全不敏感、對磁噪聲的敏感性降低，以及僅由一個諧振器中的單個約瑟夫森結組成的簡單結構等理想特性，並全部統一了在一個電路中。
同時，實驗團隊在三個不同的unimon量子比特上實現了持續13納秒的單量子比特門，保真度從99.8%到99.9%。
02
非諧性+幾何電感：可預測性強，便於生產、操作
正在攻讀博士學位的Eric Hyyppä說：「由於非波性/非線性比transmon量子比特高，我們可以更快地操作unimon，從而減少每次操作的錯誤。」
為了在實驗中證明unimon，科學家們設計並製造了晶片，每個晶片由三個單原子量子比特組成。除了約瑟夫森結，他們還使用鈮作為超導材料，其中的超導引線是用鋁製造的。
研究小組測得unimon量子比特具有相對較高的非諧性，同時只需要一個沒有任何超電感的約瑟夫森結，這對噪聲有保護作用。與傳統的fluxonium或quarton量子比特中基於結陣的超電感相比，unimon的幾何電感有可能獲得更高的可預測性和產量。
unimon量子比特及其測量設置。
unimon量子比特的關鍵屬性。a）在通量偏置Φ下五個unimon量子比特的預測（實線）和測量的非諧性；b）平均能量弛豫時間T1作為量子比特頻率f的函數；c）弛豫時間T1、Ramsey相干時間和echo相干時間作為通量偏差Φ的函數。
單量子比特門的實現。
03
IQM超導路線的里程碑，將進一步優化設計
unimon的藝術印象
「我們的目標是建立在解決現實世界問題方面具有優勢的量子計算機。此次Unimon的提出是IQM的一個重要里程碑，也是建立更好的超導量子計算機的一項重大成就。」阿爾托大學和VTT的量子技術聯合教授、IQM量子計算機的聯合創始人和首席科學家、這項研究的領導者Mikko Möttönen教授表示道[2]。
「Unimon是如此簡單，卻比transmon有更多優勢。事實上，有史以來第一個unimon工作得這麼好，為優化和重大突破提供了大量的空間。」Möttönen教授補充說：「作為下一步，我們應該優化設計，以獲得更高的噪聲保護，並展示雙比特門。」
「我們的目標是進一步改進unimon的設計、材料和門時間，以突破99.99%的保真度目標，從而在嘈雜的系統和高效的量子糾錯中獲得有用的量子優勢。」
參考連結：
[1]https://www.nature.com/articles/s41467-022-34614-w
[2]https://phys.org/news/2022-11-unimon-qubit-boost-quantum-applications.html