量子處理器中 unimon 量子比特的藝術印象。來源：亞歷山大·卡基寧
來自阿爾托大學，IQM量子計算機和VTT技術研究中心的一組科學家發現了一種新的超導量子比特Unimon，以提高量子計算的準確性。該團隊以99.9%的保真度實現了第一個帶有Unimons的量子邏輯門 - 這是構建商業上有用的量子計算機的一個重要里程碑。這項研究剛剛發表在《自然通訊》雜誌上。
在構建有用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尚未為實際應用提供足夠高的性能。在這個嘈雜的中尺度量子（NISQ）時代，可實現量子計算的複雜性主要受到單量子比特和雙量子比特量子門誤差的限制。量子計算需要變得更加準確才能有用。
「我們的目標是構建量子計算機，在解決現實世界的問題方面具有優勢。我們今天的宣布是IQM的一個重要里程碑，也是構建更好的超導量子計算機的重大成就，「阿爾托大學和VTT量子技術聯合教授Mikko Möttönen教授說，他也是IQM量子計算機的聯合創始人兼首席科學家，他領導了這項研究。
今天，阿爾托，IQM和VTT推出了一種新的超導量子比特類型，即unimon，它將增加不和諧性，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諧振器中的單個約瑟夫森結組成的簡單結構的所需特性結合在單個電路中。該團隊在三個不同的unimon量子比特上實現了13納秒長的單量子比特門的保真度從99.8%到99.9%。
「由於比Transmons更高的不和諧性或非線性度，我們可以更快地操作Unimons，從而減少每次操作的錯誤，」正在IQM攻讀博士學位的Eric Hyyppä說。
為了通過實驗證明Unimon，科學家們設計並製造了晶片，每個晶片由三個unimon量子比特組成。他們使用鈮作為超導材料，除了約瑟夫森結，其中超導引線是用鋁製造的。
該團隊測量了unimon量子比特具有相對較高的不諧性，同時只需要一個約瑟夫森結而沒有任何超級電感器，並具有抗噪聲保護。在傳統的通量或四方量子比特中，unimon的幾何電感具有比基於結陣列的超級電感更高的可預測性和良率的潛力。
「Unimons非常簡單，但與Transmons相比有很多優勢。事實上，有史以來第一個 unimon 運行得如此之好，為優化和重大突破提供了充足的空間。下一步，我們應該優化設計以獲得更高的噪聲保護，並演示雙量子比特門，「Möttönen教授補充道。
「我們的目標是進一步改進unimon的設計，材料和門口時間，以打破99.99%的保真度目標，通過噪聲系統和高效的量子糾錯獲得有用的量子優勢。對於量子計算來說，這是非常激動人心的一天，「Möttönen教授總結道。
更多信息：埃里克·海佩等人，Unimon 量子比特，自然通訊（2022）。DOI： 10.1038/s41467-022-34614-w
期刊信息：自然通訊