苏黎世仪器量子计算测控系统协助客户进行研究实验

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人物介绍

Nathan Lacroix 先生（博士在读）和 Sebastian Krinner 博士（高级研究助理）都是苏黎世联邦理工学院量子器件实验室的成员。

不久前，苏黎世仪器对其进行了专访，让我们看看量子计算测控系统是如何帮助他们的研究实验的。

1、能否说一说你们目前的科研项目？

Sebastian：我们开发了基于超导电路的未来量子计算机的基本构件块。与在任何量子系统中一样，这些设备中的量子态很脆弱，因此量子计算机需要实现纠错。目前，我们开发并改进了量子纠错的重要组成部分：从高保真读取和门操作，到缓解串扰和操作并行化。同时，我们尽早将所有构建块汇集在一起，以找出目前限制纠错周期性能的因素。

2、该研究领域有哪些特别激动人心的地方？

Sebastian：这项研究让我们能够回答一个问题，即容错量子计算机是否真的可以实现。根据二十世纪九十年代发展起来的量子容错理论，鉴于有关设备噪声的一些假设，量子计算机原则上是可以实现的。现在，我们有机会使用有着真实世界噪声的真实设备来测试这一点。可以对重要的理论概念进行测试，正是我们对这一研究领域着迷的部分原因所在。

Nathan：量子计算机有望解决传统计算机在实践中无法解决的问题，但我们相信其中许多任务将离不开纠错。因此，开发纠错技术对于释放量子计算机的全部潜力至关重要。有了超导量子比特，我们就有了一个平台，可以测试所有不同的纠错元素，并以前所未有的方式将它们组合起来。实现容错量子计算还有很长的路要走，但成为这段旅程的一份子着实令人兴奋。

3、在一个 17 量子比特的量子处理器上，你们克服了哪些困难才取得了最新成果？

Nathan：要将芯片设计、制造、低温学、室温电子学、芯片的测试与表征结合在一起，并最终运行实验，离不开一个大团队付出的的巨大努力——多达 10 人同时参与了这项实验。一个主要的、具体的技术挑战是，通过精细补偿用于控制量子比特的信号的失真，来提高双量子比特门保真度。这使我们能够降低模拟信号路径中缺陷的影响。

Sebastian：这也是一项整合工作。我们必须将之前开发的所有组件整合在一起，并同时对它们进行改进。并行化操作是一个特别的挑战，首先是调谐过程并行化，然后将其扩展到双量子比特门。

4、当量子比特的数量增加时，你们认为下一个挑战是什么？

Sebastian：在器件制备方面，有必要掌握三维集成，使得将信号从第三个维度引导到二维量子比特晶格成为可能。我们还希望在相干时间和寄生模态数量方面改善量子比特的质量。开发多路复用技术对于控制量子处理器可能很重要。从设计的角度，我们看到了通过进一步优化电路参数来缩短量子纠错周期的潜力。

5、瑞士苏黎世仪器公司的 QCCS 如何支持你们的研究？

Nathan：在制造量子计算机时，我们面临的另一个挑战是室温电子设备规模的扩展。如果要控制 100 个或更多的量子比特，这些控制电子设备需要变得更紧凑。过去，大部分电子设备都是我们自己开发的。自 2015 年以来，与瑞士苏黎世仪器公司日益密切的合作使我们能够专注于研究的其他方面，同时我们能对下一代仪器重要的特性提供反馈。我们自然就成为这些新特性的首批测试者。

Sebastian：我们使用瑞士苏黎世仪器公司的设备生成低噪声和高分辨率的控制信号和读取信号，读取量子比特是基于 FPGA 的快速信号处理功能。如果我们得靠自己研发在噪声水平、同步和相位稳定性方面有着类似特性的大量的控制电子设备，那么我们肯定无法集中精力开展核心研究活动。