Transmon - Transmon

Parte de uma série de artigos sobre
Mecânica quântica
${\ displaystyle i \ hbar {\ frac {\ partial} {\ partial t}} | \ psi (t) \ rangle = {\ hat {H}} | \ psi (t) \ rangle}$ Equação de Schrödinger
Introdução Glossário História
Fundo Mecânica clássica Velha teoria quântica Notação de sutiã Hamiltoniano Interferência
Fundamentos Complementaridade Decoerência Emaranhamento Nível de energia Medição Não localidade Número quântico Estado Sobreposição Simetria Tunelamento Incerteza Função de onda Colapso
Experimentos Desigualdade de Bell Davisson – Germer Fenda dupla Elitzur-Vaidman Franck – Hertz Desigualdade de Leggett-Garg Mach – Zehnder Popper Borracha quântica Escolha atrasada gato de Schrodinger Stern – Gerlach Escolha atrasada de Wheeler
Formulações Visão geral Heisenberg Interação Matriz Espaço de fase Schrödinger Soma sobre histórias (integral do caminho)
Equações Dirac Klein – Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Interpretações Visão geral Bayesiano Histórias consistentes Copenhague de Broglie – Bohm Conjunto Variável oculta Local Muitos mundos Colapso objetivo Lógica quântica Relacional Transacional
Tópicos avançados Mecânica quântica relativística Teoria quântica de campos Ciência da informação quântica Computação quântica Caos quântico Matriz de densidade Teoria de dispersão Mecânica estatística quântica Aprendizado de máquina quântico
Cientistas Aharonov Sino Blackett Bloch Bohm Bohr Nascer Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordânia Kramers Pauli Cordeiro Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger
v t e

Na computação quântica , e mais especificamente na computação quântica supercondutora , um transmon é um tipo de qubit de carga supercondutor que foi projetado para ter sensibilidade reduzida ao ruído de carga. O transmon foi desenvolvido por Robert J. Schoelkopf , Michel Devoret , Steven M. Girvin e seus colegas na Universidade de Yale em 2007. Seu nome é uma abreviatura do termo linha de transmissão shunted plasma oscilation qubit ; um que consiste em uma caixa de par de Cooper "onde os dois supercondutores também são desviados capacitativamente para diminuir a sensibilidade ao ruído de carga, enquanto mantém uma anarmonicidade suficiente para o controle seletivo de qubit".

Um dispositivo que consiste em quatro qubits transmon, quatro barramentos quânticos e quatro ressonadores de leitura fabricados pela IBM e publicados na npj Quantum Information em janeiro de 2017.

O transmon atinge sua sensibilidade reduzida ao ruído de carga, aumentando significativamente a proporção da energia Josephson para a energia de carga. Isso é realizado por meio do uso de um grande capacitor de derivação. O resultado são espaçamentos de nível de energia que são aproximadamente independentes da carga compensada. Planar on-chip qubits transmon têm T ₁ vezes coerência ~ 30 fis a 40 mS. Ao substituir a cavidade da linha de transmissão supercondutora por uma cavidade supercondutora tridimensional, trabalhos recentes em qubits transmon mostraram T ₁ melhorado significativamente , desde 95 μs. Estes resultados demonstram que os anteriores t ₁ vezes não foram limitados pela junção de Josephson perdas. Compreender os limites fundamentais do tempo de coerência em qubits supercondutores como o transmon é uma área ativa de pesquisa.

Comparação com a caixa Cooper-pair

Evolução do diagrama esquemático dos níveis de energia qubit de qubit de carga (topo, ) para transmon (fundo, ), plotado para os primeiros 3 níveis de energia ( ), como função do número médio de pares de Cooper através da junção, normalizado para a lacuna entre o solo e o primeiro estado de excitação. O qubit de carga (topo) é normalmente operado no "ponto ideal", onde as flutuações causam menos deslocamento de energia e a anarmonicidade é máxima. Os níveis de energia transmon (inferior) são insensíveis a flutuações, mas a anarmonicidade é reduzida${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}} = 1}$${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}} = 50}$${\ displaystyle m = 0,1,2}$${\ displaystyle n_ {g}}$${\ displaystyle n_ {g} = 0,5}$${\ displaystyle n_ {g}}$${\ displaystyle n_ {g}}$

O projeto do transmon é semelhante ao primeiro projeto da caixa de par de Cooper, ambos descritos pelo mesmo hamiltoniano, com a única diferença sendo o aumento da relação, obtido por meio do desvio da junção Josephson com um grande capacitor adicional . Aqui está a energia Josephson da junção, e é a energia de carga inversamente proporcional à capacitância total do circuito qubit. O benefício de aumentar a razão é a insensibilidade ao ruído de carga - os níveis de energia tornam-se independentes da carga elétrica na junção, portanto, os tempos de coerência do qubit são prolongados. A desvantagem é a diminuição da anarmonicidade , onde está a energia do estado . A anarmonicidade reduzida complica a operação do dispositivo como um sistema de dois níveis, por exemplo, excitar o dispositivo do estado fundamental para o primeiro estado excitado por um pulso ressonante também preenche o segundo estado excitado. Esta complicação é superada por um projeto complexo de pulso de microondas, que leva em consideração os níveis de energia mais elevados e proíbe sua excitação por interferência destrutiva. ${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}}}$${\ displaystyle E _ {\ rm {J}}}$${\ displaystyle E _ {\ rm {C}}}$${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}}}$${\ displaystyle {\ frac {(E_ {2} -E_ {1}) - (E_ {1} -E_ {0})} {E_ {1} -E_ {0}}}}$${\ displaystyle E_ {i}}$${\ displaystyle | i \ rangle}$

A medição, o controle e o acoplamento dos transmons são realizados por meio de ressonadores de microondas com técnicas de eletrodinâmica quântica de circuitos , também aplicáveis ​​a outros qubits supercondutores . O acoplamento aos ressonadores é feito colocando um capacitor entre o qubit e o ressonador, em um ponto onde o campo eletromagnético do ressonador é maior. Por exemplo, em dispositivos IBM Quantum Experience , os ressonadores são implementados com guia de onda coplanar de " quarto de onda " com campo máximo no sinal-terra curto na extremidade do guia de onda, portanto, cada qubit transmon IBM tem uma longa "cauda" de ressonador. A proposta inicial incluía ressonadores de linha de transmissão semelhantes acoplados a todos os transmon, tornando-se parte do nome. No entanto, qubits de carga operados em um regime semelhante , acoplados a diferentes tipos de cavidades de micro-ondas, também são chamados de transmons. ${\ displaystyle E _ {\ rm {J}} / E _ {\ rm {C}}}$

Veja também

• Anarmonicidade
• Eletrodinâmica quântica de circuitos (CQED)
• Refrigerador de diluição
• Lista de processadores quânticos
• Oscilador harmônico quântico
• Computação quântica supercondutora

Referências