量子处理器的一部分（图片来源：网络）

来自国立科技大学MISIS和鲍曼莫斯科国立技术大学的俄罗斯科学家是世界上最早使用超导Fluxonium量子比特实现双量子比特操作的科学家之一。Fluxonium具有更长的生命周期和更高的操作精度，因此它们被用于制作更长的算法。Fluxonium量子比特能够加速量子计算机的创建，相关文章已发表在《npj Quantum Information》上。

通用量子计算机开发的主要挑战之一是制备量子比特。也就是说，哪些量子对象最适合制造量子计算机的处理器：电子、光子、离子、超导体或其他“量子晶体管”。在过去十年中，超导量子比特已成为量子计算最成功的平台之一。迄今为止，商业上最成功的超导量子比特类型是Transmons，它被谷歌、IBM 和其他世界领先实验室积极研究并用于量子开发。

量子比特的主要任务是存储和处理信息而不会出错。可是环境噪声甚至仅仅是观察都可能导致数据丢失或更改。超导量子比特的稳定运行通常需要极低的环境温度，接近零开尔文，比常温低数百倍。

为了保护量子比特免受噪声的影响，研究人员在电路中添加了一个超级电感器，这种超导元件对交流电的阻碍作用很强，它链接40个约瑟夫森触点，是由一层薄薄的电介质隔开的两个超导体的结构。

基于Fluxonium的双量子比特量子处理器。a 相互作用的三体系统的示意图。b 在硅衬底上制造三个电容耦合的Fluxonium量子比特的实验装置。c 电路原理图。在b中，蓝色，紫色，绿色，橙色，黄色和红色用于表示d中的相应电路组件。（图片来源：网络）

该研究的作者之一，MISIS超导超材料实验室科学项目的工程师Ilya Besedin说：“Fluxonium量子比特比Transmons更复杂，研究更少。Fluxonium的主要优点是它们可以在大约600 MHz的低频率下工作。我们知道，频率越低，量子比特的寿命越长，这意味着可以用它们执行更多的操作。实验证明，Fluxonium量子比特的介电损耗允许保持叠加状态的时间比Transmons更长。”

为了实现一组通用的逻辑运算，科学家们使用了高精度的双量子比特门：fSim和CZ。为了使量子比特相互共振，使用了其中一个量子比特的流量的参数调制。该研究的作者指出，借助可调耦合元件，不仅可以同时获得高于99.22%的双量子比特操作的精度，还可以抑制量子比特之间不需要的相互作用，从而执行并行单量子比特操作，精度为99.97%。

Ilya Besedin说：“计算量子比特的低频率不仅为更长的量子比特的寿命和阀门操作的准确性开辟了道路，使算法更长，而且还使得在量子比特控制线中，使用亚千兆赫兹电子设备成为可能，这大大降低了量子处理器控制系统的复杂性。”

研究结果揭示了一种低频量子比特容错量子计算方法，这种方法很有趣也很有前途，可以成为Transmon系统的理想替代品。未来，科学家们计划继续研究基于通量量子比特的计算，优化量子比特控制系统，提高读出率，并开发多量子比特系统。

编译：卉可

​编辑：慕一