來自國立科技大學MISIS和鮑曼莫斯科國立技術大學的俄羅斯科學家是世界上最早使用超導Fluxonium量子比特實現雙量子比特操作的科學家之一。Fluxonium具有更長的生命周期和更高的操作精度，因此它們被用於製作更長的算法。Fluxonium量子比特能夠加速量子計算機的創建，相關文章已發表在《npj Quantum Information》上。
通用量子計算機開發的主要挑戰之一是製備量子比特。也就是說，哪些量子對象最適合製造量子計算機的處理器：電子、光子、離子、超導體或其他「量子電晶體」。在過去十年中，超導量子比特已成為量子計算最成功的平台之一。迄今為止，商業上最成功的超導量子比特類型是Transmons，它被谷歌、IBM 和其他世界領先實驗室積極研究並用於量子開發。
量子比特的主要任務是存儲和處理信息而不會出錯。可是環境噪聲甚至僅僅是觀察都可能導致數據丟失或更改。超導量子比特的穩定運行通常需要極低的環境溫度，接近零開爾文，比常溫低數百倍。
為了保護量子比特免受噪聲的影響，研究人員在電路中添加了一個超級電感器，這種超導元件對交流電的阻礙作用很強，它連結40個約瑟夫森觸點，是由一層薄薄的電介質隔開的兩個超導體的結構。
基於Fluxonium的雙量子比特量子處理器。a 相互作用的三體系統的示意圖。b 在矽襯底上製造三個電容耦合的Fluxonium量子比特的實驗裝置。c 電路原理圖。在b中，藍色，紫色，綠色，橙色，黃色和紅色用於表示d中的相應電路組件。（圖片來源：網絡）
該研究的作者之一，MISIS超導超材料實驗室科學項目的工程師Ilya Besedin說：「Fluxonium量子比特比Transmons更複雜，研究更少。Fluxonium的主要優點是它們可以在大約600 MHz的低頻率下工作。我們知道，頻率越低，量子比特的壽命越長，這意味著可以用它們執行更多的操作。實驗證明，Fluxonium量子比特的介電損耗允許保持疊加狀態的時間比Transmons更長。」
為了實現一組通用的邏輯運算，科學家們使用了高精度的雙量子比特門：fSim和CZ。為了使量子比特相互共振，使用了其中一個量子比特的流量的參數調製。該研究的作者指出，藉助可調耦合元件，不僅可以同時獲得高於99.22%的雙量子比特操作的精度，還可以抑制量子比特之間不需要的相互作用，從而執行並行單量子比特操作，精度為99.97%。
Ilya Besedin說：「計算量子比特的低頻率不僅為更長的量子比特的壽命和閥門操作的準確性開闢了道路，使算法更長，而且還使得在量子比特控制線中，使用亞千兆赫茲電子設備成為可能，這大大降低了量子處理器控制系統的複雜性。」
研究結果揭示了一種低頻量子比特容錯量子計算方法，這種方法很有趣也很有前途，可以成為Transmon系統的理想替代品。未來，科學家們計劃繼續研究基於通量量子比特的計算，優化量子比特控制系統，提高讀出率，並開發多量子比特系統。
編譯：卉可
編輯：慕一