日本理化學研究所實現更快在量子計算機中重設量子比特的技術

傳統的計算機處理存儲為比特的信息，這些比特的值為0或1。量子計算機的潛在力量在于其處理"量子比特"的能力，這些比特可以同時取值為0或1，或者是兩者的某種模糊混合。

理化學研究所量子計算中心的量子物理學家Jaw Shen Tsai說："然而，為了重復使用同一電路進行多次操作，你必須迫使量子比特快速回到零。但這說起來容易，做起來難。"

容納量子比特的稀釋冰箱的照片。

目前對由微小超導體構建的量子比特進行重設的最佳方法之一是將量子比特與一個光子--一種光的粒子--在一個稱為諧振器的微小裝置中聯系起來。該量子位將其能量轉移到諧振器上，之后諧振器中的光子會衰減，將其能量釋放到環境中。這個過程會使量子比特的狀態回落到基態（零）。這種方法的麻煩在于，與衰變的光子的永久糾纏會迅速降低量子位的質量，因此它很快就不再對未來的操作有用。這對量子比特很不利，它的壽命會因此變得很短。

現在，Tsai和他在理化學研究所的同事Teruaki Yoshioka設計了一個模擬，以幫助找到一種更好的重置量子比特的方法，而不傷害它。

基于他們的計算，這對夫婦提議建立一個共振器，該共振器可以使用一個額外的結進行控制，該結是由超導材料與絕緣體、普通金屬、另一個絕緣體和另一個超導體夾在一起制成的。這個分層結通過施加一個電壓來控制。在進行量子比特操作時，設置被調整，以便光子不能衰變。只有當操作完成后，物理學家才會改變電壓，讓光子釋放能量。"這種可調節的諧振器是我們提案的關鍵，"Tsai說。

Jaw Shen Tsai（第二排，左五）和他領導的團隊。與Teruaki Yoshioka（第二排，右一）一起，Tsai設計了一種新技術，用于快速重置量子比特而不損壞它們。

目前實驗室重置一個量子比特的最佳記錄是280納秒，保真度為99.0%。"Yoshioka說："我們的模擬表明，我們可以在80納秒內重置量子比特，保真度達到99.0%。

該團隊現在正在測試這個裝置，它使用一個稀釋冰箱保持在低溫下，并取得了令人鼓舞的結果。如果能在量子電路中實現這個裝置，它應該是非常有用的。