以色列巴伊蘭大學物理系暨量子糾纏科學與技術中心邁克爾·斯特恩及其同事基于一種稱為超導通量量子比特的不同類型的電路構建超導處理器。在發表于《物理評論應用》上的一篇論文中，他們提出了一種控制和制造通量量子比特的新方法，該方法具有前所未有的可重復長相干時間。

以色列巴伊蘭大學物理系暨量子糾纏科學與技術系（QUEST）中心的研究人員基于超導通量量子比特電路構建超導處理器。圖片來源：大衛·加布

通量量子比特是一種微米大小的超導環路，其中電流可順時針或逆時針流動，也可雙向量子疊加。與傳輸子（transmon）量子比特相反，這些通量量子比特是高度非線性的對象，因此可在非常短的時間內以高保真度（即無錯誤地進行計算的能力）進行操作。

超導傳輸子量子比特被認為是可擴展量子處理器的基本構建塊。多年來，傳輸子量子比特的保真度不斷提高，IBM、亞馬遜和谷歌等科技巨頭在最近的競爭中相繼展示了量子優越性。

但隨著處理器變得越來越大，如IBM剛剛宣布推出一款具400多個傳輸子量子比特的處理器，此類系統的保真度和可擴展性要求變得越來越嚴格。特別是，傳輸子量子比特是弱非線性對象，這本質上限制了它們的保真度，并且由于頻率擁擠的問題帶來了對可擴展性的擔憂。

而通量量子比特的主要缺點是，它們特別難以控制和制造，這導致了相當大的不可重復性，之前它們在工業中的使用僅限于量子退火優化過程。

在新研究中，研究團隊與澳大利亞墨爾本大學合作，使用新穎的制造技術和最先進的設備，成功地克服了這一范式的重大障礙。

斯特恩表示，他們在這些量子比特的控制和可重復性方面取得了顯著改善。這種可重復性使他們能夠分析阻礙相干時間的因素并系統地消除它們。這項工作為量子混合電路和量子計算領域的許多潛在應用鋪平了道路。

這項研究得到了以色列科學基金會的支持。