什麼是Transmon 量子位元

由約瑟夫森接面與電容組合而成的超導量子位元。頻率一般為數 GHz,接面的非線性使能階間隔不相等,因此以最低的 2 個能階作為量子位元。其設計不易受電荷雜訊影響,廣泛用於超導平台。

日文名稱: トランズモン

「Transmon 量子位元」出現在1領域的3道練習題中(量子電腦硬體等)。

這個名詞所屬的領域: 量子電腦硬體

練習Transmon 量子位元的題目

超導量子位元(transmon)要作為量子位元運作,不可或缺的元件是下列何者?

  1. APN 接面二極體
  2. B具有浮動閘極的 MOSFET
  3. C約瑟夫森接面
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正確答案:C. 約瑟夫森接面

約瑟夫森接面是以 2 個超導體夾住厚約 1~2 nm 薄絕緣膜的結構,超導電流可在不產生電壓的情況下流過,作用如同無損耗的非線性電感。Transmon 是由此接面與電容組合而成的共振電路。由線圈與電容構成的一般 LC 共振電路,能階是等間隔排列的,無法只選擇 |0⟩ 與 |1⟩ 之間的躍遷來操作;接面的非線性使能階間隔不相等,因此可以把最低的 2 個能階當作量子位元使用。接面一般以鋁,以及把鋁表面氧化而成的氧化鋁膜製作。

某 transmon 的 |0⟩→|1⟩ 躍遷頻率為 5.0 GHz,非簡諧性(|1⟩→|2⟩ 的頻率減去 |0⟩→|1⟩ 的頻率)為 −200 MHz。其 |1⟩→|2⟩ 的躍遷頻率為下列何者?

  1. A4.8 GHz
  2. B5.0 GHz
  3. C5.2 GHz
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正確答案:A. 4.8 GHz

|1⟩→|2⟩ 的頻率為 5.0 GHz + (−0.2 GHz) = 4.8 GHz。由於約瑟夫森接面的非線性,越上面的能階間隔越窄,因此 |1⟩→|2⟩ 的頻率較低。以 5.0 GHz 的微波操作時,因為與 4.8 GHz 的躍遷頻率錯開,量子位元不容易洩漏到量子位元之外的 |2⟩。不過,若脈衝過短,頻率展寬會接近 200 MHz,洩漏到 |2⟩ 的情形就會增加,因此要設計脈衝的形狀。

解析中的「Transmon 量子位元」

出現「Transmon 量子位元」的題目(3題)

  1. 超導量子位元(transmon)要作為量子位元運作,不可或缺的元件是下列何者?
  2. 某 transmon 的 |0⟩→|1⟩ 躍遷頻率為 5.0 GHz,非簡諧性(|1⟩→|2⟩ 的頻率減去 |0⟩→|1⟩ 的頻率)為 −200 MHz。其 |1⟩→|2⟩ 的躍遷頻率為下列何者?
  3. 把超導量子位元以稀釋冷凍機冷卻到約 10~20 mK 再運作,主要理由為下列何者?

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