?微波和射频技术在量子计算中还有许多其他关键应用



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对于某些量子比特来说 , 耦合仍然是主要的损耗来源 , 减轻这种损耗的标准方法是在读出谐振器和传输线之间放置一个带通滤波器 , 通常是第二个谐振器 。 这种类型的滤波器称为珀塞尔滤波器 , 可用于将平方米提高两个数量级或更多 , 具体取决于设计参数 。 珀塞尔滤波器的带宽可以远大于κ , 因此不会影响读出速度 。 也可以通过打开与微波光子计数器的强耦合来读取超导量子位 。

如果量子位处于状态1 , 它将衰减到0 , 并向光子计数器发射能量为ω01的光子 。 在实践中实现微波光子计数器具有挑战性 , 因为单光子能量在几千兆赫范围内是如此之小 , 但这种设备 , 本质上是一种改进的超导相位量子比特 , 已被证明具有高达九十八点四的读出保真度 。 对于俘获离子量子比特 , 量子比特状态与微波场的非常弱耦合 , 比其他技术高得多的Qd , 意味着在微波频率下从离子中提取信息将非常困难且效率低下 。

【?微波和射频技术在量子计算中还有许多其他关键应用】然而 , 俘获离子具有光学跃迁 , 可以轻松提取光学光子 , 其额外的好处是可以通过室温单光子计数器以低背景噪声轻松检测 。 俘获离子通常使用所谓的电子读出搁置技术 , 其中状态0和1中的概率幅度被映射到两个合适的状态|b和|d使用用于量子位操作的相同类型的相干控制脉冲微波脉冲或激光脉冲 。 当用适当波长和偏振的激光束照射时 , 处于b状态的离子会发出荧光 , 吸收光子并在各个方向重新发射它们 。

选择激光束来驱动所谓的循环跃迁 , 其中离子从状态|b被激发 , 然后发射一个光子 , 在发射后总是返回到|b 。 这使得重复的激发和发射轮次成为可能 。 有时需要使用多个激光束来“关闭”这个循环 。 相反 , 在状态|d中“搁置”的离子 , 选择使得|d之外的所有跃迁都远离与读出激光的共振 , 将不会与激光束相互作用 , 因此不会发出荧光光子.
通过用成像物镜收集一部分荧光光子并用单个光子计数器对它们进行计数 , 可以区分状态|b的荧光“亮”离子和状态|d的“暗”离子 , 只要因为计算亮离子和暗离子的平均光子数有很大差异 。 在实践中 , 几百微秒的读出持续时间通常会为亮离子提供数十个计数 , 而为暗离子提供约一到四个计数 , 尽管持续时间和计数率可能会根据具体情况变化一个数量级或更多的设置 。 使用这种技术已经证明了高达百分之九十九点九九的读出保真度 。

电子搁架读出实现了两种放大形式 。 首先 , 映射到状态|b和|d并散射单个光子可以被认为是将量子位能量差ω01转换为发射的UV或可见光子的能量 , 对于超精细或可见光子的能量通常在一百零五到一百零八倍之间塞曼量子比特 。 其次 , 循环转换允许多达一百零六个这样的光子在读出操作期间被散射 , 从而获得进一步的增益 。 除了直接使用微波信号和技术进行量子位状态控制和测量之外 , 微波和射频技术在量子计算中还有许多其他关键应用相关人员详细介绍了微波技术在直接控制 , 和测量量子比特之外发挥的几个重要支持作用 。