修正了超导量子比特的基本方程
创始人
2024-08-12 17:41:43
0

用于量子器件测量的低温微波装置。图片来源:Qinu GmbH,qinu.de

来自Forschungszentrum Jülich和卡尔斯鲁厄理工学院的物理学家发现,约瑟夫森隧道结 - 超导量子计算机的基本组成部分 - 比以前认为的要复杂得多。

就像乐器中的泛音一样,谐波叠加在基波模式上。因此,校正可能会导致量子比特的稳定性提高两到七倍。研究人员用来自全球多个实验室的实验证据来支持他们的发现,包括科隆大学、巴黎高等师范学院和纽约的IBM Quantum。

这一切都始于 2019 年,当时 Dennis Willsch 博士和 Dennis Rieger(当时来自 FZJ 和 KIT 的两名博士生,也是发表在《自然物理学》上的一篇新论文的共同第一作者)很难理解他们使用约瑟夫森隧道交汇点的标准模型进行的实验。这个模型为布莱恩·约瑟夫森赢得了1973年的诺贝尔物理学奖。

由Ioan Pop教授领导的团队兴奋地发现了这一点,他们仔细研究了巴黎高等师范学院和纽约IBM Quantum的27量子比特设备以及先前发表的实验数据。科隆大学的研究人员独立地观察到他们的数据与标准模型的类似偏差。

“幸运的是,Gianluigi Catelani参与了这两个项目并意识到了重叠,他将研究团队聚集在一起,”FZ Jülich的Dennis Willsch博士回忆道。“时机非常完美,”科隆大学的Chris Dickel博士补充道,“因为当时,我们正在探索同一潜在问题的完全不同的后果。

约瑟夫森隧道结由两个超导体组成,中间有一个薄的绝缘势垒,几十年来,这些电路元件一直用简单的正弦模型来描述(见下图)。

底部:通过用微波信号激发超导电路(黄色/蓝色)(红色摆动箭头),研究人员可以分析描述电路约瑟夫森隧道结的基本方程。右图:研究观察到与正弦标准模型(绿色曲线)存在显著偏差(红色曲线)。左图:由两个超导体(黄色/蓝色)组成的隧道结的放大示意图,中间有一个薄的绝缘屏障。大的导通通道(红色环路)可能是观察到的与标准模型的偏差的原因。图片来源:Dennis Rieger/Patrick Winkel,KIT

然而,正如研究人员所证明的那样,这个“标准模型”无法完全描述用于构建量子比特的约瑟夫森结。相反,需要一个包含高次谐波的扩展模型来描述两个超导体之间的隧穿电流。该原理也可以在音乐领域找到。当乐器的琴弦被敲击时,基频被几个谐波泛音覆盖。

Dennis Rieger评论说:“令人兴奋的是,社区中的测量已经达到了精确的水平,我们可以将这些小的修正解析为一个被认为已经足够超过15年的模型。

当四位协调教授——来自KIT的Ioan Pop和来自FZJ的Gianluigi Catelani、Kristel Michielsen和David DiVincenzo——意识到这些发现的影响时,他们汇集了实验家、理论家和材料科学家的大量合作,共同为约瑟夫森谐波模型提出了一个令人信服的案例。

在《自然物理学》的出版物中,研究人员探索了约瑟夫森谐波的起源和后果。“作为直接后果,我们相信约瑟夫森谐波将通过将误差减少到一个数量级来帮助设计更好、更可靠的量子比特,这使我们离完全通用的超导量子计算机的梦想更近了一步,”两位第一作者总结道。

更多信息:Dennis Willsch 等人,隧道结中约瑟夫森谐波的观察,Nature Physics (2024)。DOI: 10.1038/s41567-024-02400-8

相关内容

热门资讯

上海中心大厦:观光厅将根据台风... 台风“贝碧嘉”正在逼近上海,有中国第一高楼之称的上海中心大厦,如何防御台风? 记者从上海中心大厦运营...
大耀斑爆发,明后天可能影响地球... 国家空间天气监测预警中心15日介绍,北京时间9月14日23时29分,太阳活动区13825爆发了一次明...
跳舞、取药、书法样样行!来服贸... 极目新闻记者 康旭阳 机器人跳舞、写字、取药……在2024年中国国际服务贸易交易会(以下简称服贸会)...
提升科学素质 激发创新自信 从人工合成淀粉到中国散裂中子源,从夸父高动态人形机器人到高温气冷堆,从“地壳一号”到“奋斗者”号……...
国庆前,几乎一周一个台风影响我... 台风贝碧嘉还没走普拉桑又来了,一个周一个台风?恐怕是的。 在稳定副热带高压系统引导下,台风“普拉桑”...
紧抓AI浪潮机遇,海淀这一产业... 在2024服贸会“北京日”暨京津冀协同招商推介大会上,中关村科学城管委会副主任、海淀区副区长唐超针对...
原创 何... 2024年9月15日,“IT之家”得到了一个好消息:工业和信息化部于 9 月 9 日印发《首台(套)...
浙江美格申请凹版印刷机维护保养... 金融界 2024 年 9 月 14 日消息,天眼查知识产权信息显示,浙江美格机械股份有限公司申请一项...
原创 i... 从现在的情况看国内iPhone 16系列除了Max版本一机难求之外,其它三个版本目前都是正常的状态。...
添加显著标识,防止AI生成内容... 我们每天上网看到的海量图文、视频,有多少是人工智能生成合成的?如何准确分辨AI文章、AI图片、AI视...
台风“贝碧嘉”登陆上海浦东 @中央气象台 消息,今年第13号台风“贝碧嘉”(强台风级)的中心已于今天(16日)7点30分前后在上...
百分点科技荣获国家级专精特新“... 近日,工业和信息化部开展的第六批专精特新“小巨人”企业培育和第三批专精特新“小巨人”企业复核工作完成...
新兴产业项目+5!为未来产业增... 9月13日下午,战新项目全球科创路演活动在上海清华国际创新中心成功举办,聚焦人工智能、智能制造、网络...
国产民用载人飞艇“祥云”AS7... 9月14日8时30分,首架中国自主研制的“祥云”AS700载人飞艇交付先锋用户广西桂林方舟通用航空有...
大功率交流调频调压电源装置10... 在现代工业与科研领域,交流调频调压电源作为一种高精度、高灵活性的电力供应设备,扮演着至关重要的角色。...
箭牌家居获得实用新型专利授权:... 证券之星消息,根据天眼查APP数据显示箭牌家居(001322)新获得一项实用新型专利授权,专利名为“...
亿万科技富翁结束5日宇宙之旅,... 据美联社9月15日报道,SpaceX的太空舱在黎明前的黑暗中降落在佛罗里达州干龟附近的墨西哥湾,其中...
严阵以待!普陀全力防御台风“贝... 今年第13号台风“贝碧嘉”预计将于15日夜间到16日上午在浙北到上海一带登陆,登陆强度为台风级或强台...
原创 中... 荣耀X50GT搭载的骁龙8+旗舰级处理器,不仅在性能上实现了质的飞跃,更在能效比上做出了显著优化,还...
吉林信访工作法治化指挥调度平台... 9月12日,吉林信访工作法治化指挥调度平台上线。该平台依托吉林省信访信息系统,通过智能化大数据钻取技...