人物介紹

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

不久前，蘇黎世儀器對其進行了專訪，讓我們看看量子計算測控系統(tǒng)是如何幫助他們的研究實驗的。

1、能否說一說你們目前的科研項目？

Sebastian：我們開發(fā)了基于超導(dǎo)電路的未來量子計算機的基本構(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，因此量子計算機需要實現(xiàn)糾錯。目前，我們開發(fā)并改進了量子糾錯的重要組成部分：從高保真讀取和門操作，到緩解串?dāng)_和操作并行化。同時，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周期性能的因素。

2、該研究領(lǐng)域有哪些特別激動人心的地方？

Sebastian：這項研究讓我們能夠回答一個問題，即容錯量子計算機是否真的可以實現(xiàn)。根據(jù)二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的量子容錯理論，鑒于有關(guān)設(shè)備噪聲的一些假設(shè)，量子計算機原則上是可以實現(xiàn)的?，F(xiàn)在，我們有機會使用有著真實世界噪聲的真實設(shè)備來測試這一點?？梢詫χ匾睦碚摳拍钸M行測試，正是我們對這一研究領(lǐng)域著迷的部分原因所在。

Nathan：量子計算機有望解決傳統(tǒng)計算機在實踐中無法解決的問題，但我們相信其中許多任務(wù)將離不開糾錯。因此，開發(fā)糾錯技術(shù)對于釋放量子計算機的全部潛力至關(guān)重要。有了超導(dǎo)量子比特，我們就有了一個平臺，可以測試所有不同的糾錯元素，并以前所未有的方式將它們組合起來。實現(xiàn)容錯量子計算還有很長的路要走，但成為這段旅程的一份子著實令人興奮。

3、在一個 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、制造、低溫學(xué)、室溫電子學(xué)、芯片的測試與表征結(jié)合在一起，并最終運行實驗，離不開一個大團隊付出的的巨大努力——多達 10 人同時參與了這項實驗。一個主要的、具體的技術(shù)挑戰(zhàn)是，通過精細補償用于控制量子比特的信號的失真，來提高雙量子比特門保真度。這使我們能夠降低模擬信號路徑中缺陷的影響。

Sebastian：這也是一項整合工作。我們必須將之前開發(fā)的所有組件整合在一起，并同時對它們進行改進。并行化操作是一個特別的挑戰(zhàn)，首先是調(diào)諧過程并行化，然后將其擴展到雙量子比特門。

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

Sebastian：在器件制備方面，有必要掌握三維集成，使得將信號從第三個維度引導(dǎo)到二維量子比特晶格成為可能。我們還希望在相干時間和寄生模態(tài)數(shù)量方面改善量子比特的質(zhì)量。開發(fā)多路復(fù)用技術(shù)對于控制量子處理器可能很重要。從設(shè)計的角度，我們看到了通過進一步優(yōu)化電路參數(shù)來縮短量子糾錯周期的潛力。

5、瑞士蘇黎世儀器公司的 QCCS 如何支持你們的研究？

Nathan：在制造量子計算機時，我們面臨的另一個挑戰(zhàn)是室溫電子設(shè)備規(guī)模的擴展。如果要控制 100 個或更多的量子比特，這些控制電子設(shè)備需要變得更緊湊。過去，大部分電子設(shè)備都是我們自己開發(fā)的。自 2015 年以來，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?，同時我們能對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和讀取信號，讀取量子比特是基于 FPGA 的快速信號處理功能。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，那么我們肯定無法集中精力開展核心研究活動。