微波技术在许多的量子平台上无处不在,并且可以精确控制和读出量子态



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微波技术在许多的量子平台上无处不在,并且可以精确控制和读出量子态


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微波技术在许多的量子平台上无处不在,并且可以精确控制和读出量子态


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量子计算和现代微波工程在引领二十世纪四十年代雷达和相关技术发展的开创性工作中有着共同的祖先 。 事实上 , 支持微波能量的产生、传输、吸收和检测的许多基本机制在当时都被理解为受量子力学支配 , 量子力学描述了微波与原子或分子之间的光物质相互作用 , 如以及它们的组成电荷和自旋态 。 利用战时雷达技术和方法发现固体中的核磁共振提供了微波工程和量子系统之间长期协同作用的理想示例



这种光与物质相互作用的基础是关系E=ω , 它将微波光子的角频率ω与其能量E联系起来 。 微波能量的量化描述了微波光子如何与其他量子对象发生共振相互作用 , 例如构成量子计算机构建块的量子二能级系统 。 今天 , 微波技术在许多不同的量子平台上无处不在 , 可以精确控制和读出量子态 。 在这里 , 科学家们回顾了微波在量子计算中的使用 。



为简洁起见 , 科学家们没有调查完整的量子计算领域 , 而是专注于三种领先的量子比特技术:俘获离子量子比特、半导体自旋量子比特和超导电路量子比特 。 科学家们之所以选择这些技术 , 不仅是因为它们跨越了具有代表性的量子比特技术 , 并且目前被认为是所有量子比特类型中最有前途的 , 还因为它们严重依赖微波技术 。 想象一下这两个谐振器在其孤立的固有频率和振荡幅度之间具有非线性关系 。 科学家们量子计算谐振器中的微波 , 因为它拉动第一个谐振器的程度取决于状态 。

这种行为描述了一种执行纠缠生成双量子比特门所需的基本交互的方式 。 双量子比特门需要一种以确定性方式交互量子比特的机制 , 并且已经提出并证明了许多不同的方法 。 例如 , 可以通过引入静态耦合或可调谐耦合在电路层面设计超导量子比特之间的相互作用 , 这可以通过电感或电容实现 。 其中可调谐耦合器允许一对频率可调谐传输器之间的相互作用 。

耦合器本身由一个传送门组成 , 它与每个量子比特电容耦合 。 通过这种结构 , 可以实现从完全关闭到几十MHz的耦合强度 。 通过适当设计该电路的三个电流偏置波形 , 可以设计出范围广泛的两个量子比特门 。 例如 , 如果量子位被调谐到共振并且耦合启用 , 单个激发将在量子位之间来回振荡 , 即 , 振荡将发生在|01和|10状态的概率幅度之间 , 并且通过正确设置门的持续时间可以设计一个交换α01和α10的门 。

虽然用于超导量子比特的双量子比特门可以通过如上所述的量子比特频率控制来实现 , 但它们也可以在不改变量子比特频率的情况下执行 , 而是使用额外的微波驱动音 。 这种方法在使用固定频率量子比特的架构中是必要的 。 全微波双量子比特门的一个例子是交叉共振门 , 其中一对反应耦合的量子比特中的一个由另一个量子比特的量子比特频率的微波音驱动 。

【微波技术在许多的量子平台上无处不在,并且可以精确控制和读出量子态】通过适当的驱动幅度和持续时间以及添加应用于每个量子位的单个量子位门 , 交叉共振门可用于实现诺特操作 , 该操作交换α10和α11 , 同时保持α00和α01不变 。 这里描述的门只是可应用于超导量子比特的各种门中的两个 。 半导体自旋量子位中的双量子位纠缠门通常通过阵列相邻点上的电子之间的海森堡交换相互作用来实现 。 与双电子系统相关的电荷偶极子开启了电容耦合S-T量子位的前景 , 因为一个量子位的相对自旋方向会导致电荷重排 , 从而有效地控制另一个量子位 。

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