人物介紹

Nathan Lacroix 先生（博士在讀）和 Sebastian Krinner 博士（高級(jí)研究助理）都是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院量子器件實(shí)驗(yàn)室的成員。

不久前，蘇黎世儀器對(duì)其進(jìn)行了專訪，讓我們看看量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)是如何幫助他們的研究實(shí)驗(yàn)的。

1、能否說(shuō)一說(shuō)你們目前的科研項(xiàng)目？

Sebastian：我們開(kāi)發(fā)了基于超導(dǎo)電路的未來(lái)量子計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)件塊。與在任何量子系統(tǒng)中一樣，這些設(shè)備中的量子態(tài)很脆弱，因此量子計(jì)算機(jī)需要實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)。目前，我們開(kāi)發(fā)并改進(jìn)了量子糾錯(cuò)的重要組成部分：從高保真讀取和門操作，到緩解串?dāng)_和操作并行化。同時(shí)，我們盡早將所有構(gòu)建塊匯集在一起，以找出目前限制糾錯(cuò)周期性能的因素。

2、該研究領(lǐng)域有哪些特別激動(dòng)人心的地方？

Sebastian：這項(xiàng)研究讓我們能夠回答一個(gè)問(wèn)題，即容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)是否真的可以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來(lái)的量子容錯(cuò)理論，鑒于有關(guān)設(shè)備噪聲的一些假設(shè)，量子計(jì)算機(jī)原則上是可以實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，我們有機(jī)會(huì)使用有著真實(shí)世界噪聲的真實(shí)設(shè)備來(lái)測(cè)試這一點(diǎn)?？梢詫?duì)重要的理論概念進(jìn)行測(cè)試，正是我們對(duì)這一研究領(lǐng)域著迷的部分原因所在。

Nathan：量子計(jì)算機(jī)有望解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在實(shí)踐中無(wú)法解決的問(wèn)題，但我們相信其中許多任務(wù)將離不開(kāi)糾錯(cuò)。因此，開(kāi)發(fā)糾錯(cuò)技術(shù)對(duì)于釋放量子計(jì)算機(jī)的全部潛力至關(guān)重要。有了超導(dǎo)量子比特，我們就有了一個(gè)平臺(tái)，可以測(cè)試所有不同的糾錯(cuò)元素，并以前所未有的方式將它們組合起來(lái)。實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算還有很長(zhǎng)的路要走，但成為這段旅程的一份子著實(shí)令人興奮。

3、在一個(gè) 17 量子比特的量子處理器上，你們克服了哪些困難才取得了最新成果？

Nathan：要將芯片設(shè)計(jì)、制造、低溫學(xué)、室溫電子學(xué)、芯片的測(cè)試與表征結(jié)合在一起，并最終運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，離不開(kāi)一個(gè)大團(tuán)隊(duì)付出的的巨大努力——多達(dá) 10 人同時(shí)參與了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。一個(gè)主要的、具體的技術(shù)挑戰(zhàn)是，通過(guò)精細(xì)補(bǔ)償用于控制量子比特的信號(hào)的失真，來(lái)提高雙量子比特門保真度。這使我們能夠降低模擬信號(hào)路徑中缺陷的影響。

Sebastian：這也是一項(xiàng)整合工作。我們必須將之前開(kāi)發(fā)的所有組件整合在一起，并同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行改進(jìn)。并行化操作是一個(gè)特別的挑戰(zhàn)，首先是調(diào)諧過(guò)程并行化，然后將其擴(kuò)展到雙量子比特門。

4、當(dāng)量子比特的數(shù)量增加時(shí)，你們認(rèn)為下一個(gè)挑戰(zhàn)是什么？

Sebastian：在器件制備方面，有必要掌握三維集成，使得將信號(hào)從第三個(gè)維度引導(dǎo)到二維量子比特晶格成為可能。我們還希望在相干時(shí)間和寄生模態(tài)數(shù)量方面改善量子比特的質(zhì)量。開(kāi)發(fā)多路復(fù)用技術(shù)對(duì)于控制量子處理器可能很重要。從設(shè)計(jì)的角度，我們看到了通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化電路參數(shù)來(lái)縮短量子糾錯(cuò)周期的潛力。

5、瑞士蘇黎世儀器公司的 QCCS 如何支持你們的研究？

Nathan：在制造量子計(jì)算機(jī)時(shí)，我們面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是室溫電子設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)展。如果要控制 100 個(gè)或更多的量子比特，這些控制電子設(shè)備需要變得更緊湊。過(guò)去，大部分電子設(shè)備都是我們自己開(kāi)發(fā)的。自 2015 年以來(lái)，與瑞士蘇黎世儀器公司日益密切的合作使我們能夠?qū)Ｗ⒂谘芯康钠渌矫?，同時(shí)我們能對(duì)下一代儀器重要的特性提供反饋。我們自然就成為這些新特性的首批測(cè)試者。

Sebastian：我們使用瑞士蘇黎世儀器公司的設(shè)備生成低噪聲和高分辨率的控制信號(hào)和讀取信號(hào)，讀取量子比特是基于 FPGA 的快速信號(hào)處理功能。如果我們得靠自己研發(fā)在噪聲水平、同步和相位穩(wěn)定性方面有著類似特性的大量的控制電子設(shè)備，那么我們肯定無(wú)法集中精力開(kāi)展核心研究活動(dòng)。