טרנסמון

טרנסמון הוא סוג של קיוביט המשמש בארכיטקטורת מחשוב קוונטי מבוסס מוליכי על. הטרנסמון פותח ב-2007 במטרה לייצר קיוביט פחות רגיש לרעש, אך קל לשליטה.^[1]. אורך החיים של קיוביטים אלה ממושך יחסית ולכן הטרנסמון הוא הקיוביט הנפוץ ביותר במחקרי מחשוב קוונטי מבוסס מוליכי על^[2].

עיצוב

הטרנסמון מתבסס על מעגל חשמלי המכונה קופסאת זוגות קופר, אשר מורכב מקבל וצומת ג'וזפסון. מצבי הבסיס של המעגל הם מצבים עצמיים של ערך המטען בו. בעיצוב זה, שני ערכים משפיעים באופן המהותי ביותר על ביצועי הקיוביט: אנהרמונִיוּת ודיספרסיית מטען. אנהרמוניות היא השינוי בהפרש האנרגיה בין כל שתי רמות אנרגיה עוקבות. האנהרמוניות היא תכונה הכרחית לתפעול הקיוביט, שכן בלעדיה ההפרש בין כל שתי רמות זהה ולא ניתן להתעלם מהרמות שמעל שני המצבים הנמוכים עליהם מתבסס הקיוביט. דיספרסיית המטען היא השינוי בהפרש האנרגיה של הרמות כתוצאה מהשפעת מטענים שונים במערכת. ככל שדיספרסיית המטען נמוכה יותר, כך הפרש הרמות פחות תלוי בסביבה ולכן המעגל יציב יותר.

בקיוביט אפקטיבי נדרשת אנהרמוניות גבוהה ודיספרסיית מטענים נמוכה. דרישה זו בעייתית משום ששני הערכים הללו תלויים באנרגיות של הרכיבים במעגל: האנרגיה של צומת ג'וזפסון $E_{j}$ והאנרגיה של הקבל $E_{c}$ . הגדלת יחס האנרגיות $E_{j} / E_{c}$ מקטינה את האנהרמוניות ומקטינה את דיספרסיית המטען. על כן, הגדלה של האנהרמוניות תגרור הגדלה של דיספרסיית המטענים, ולהפך.

הבסיס לעיצוב הטרנסמון הוא שהגדלת $E_{j} / E_{c}$ מקטינה את האנהרמוניות באופן פולינומי בלבד, אך מקטינה את ערך דיספרסיית המטען באופן אקספוננציאלי. על כן בטרנסמון משתמשים בערכי אנרגיית קיבול קטנים, כך שיחס האנרגיות מקיים $E_{j} / E_{c} \approx 50$ לפחות. באופן זה ניתן לשמור על ערך האנהרמוניות גבוה יחסית, תוך הקטנת דיספרסיית המטען משמעותית. כך מתקבל קיוביט שנשלט בצורה מיטבית, תוך שמירה על יציבות גבוהה לרעשים אלקטרומגנטיים^[3].

דעיכה ואובדן פאזה

בטרנסמון ישנן תופעות שונות הפוגמות במצב הקוונטי^[1]. ראשית ישנן תופעות הגורמות לדעיכה למצב היסוד:

דעיכה בעקבות פליטה ספונטנית: היות שהטרנסמון מצומד לשדה אלקטרומגנטי, כאשר הוא במצב מעורר הוא עלול לפלוט את העירור שלו אל השדה האלקטרומגנטי ולדעוך למצב היסוד.
אפקט פרסל: מכיוון שעל פי רוב הטרנסמון ימוקם בתוך רזונטור, קצבי פליטת האנרגיה שלו, המשפיעים ישירות על הדעיכה, ישתנו.
איבודים דיאלקטריים: במערכות מבוססות מוליכי על, אינטראקציות עם חומרים דיאלקטריים גורמות לאיבוד אנרגיה ודעיכה לרמת היסוד.
מנהור קוואזי-חלקיקים: במוליכי על זוגות קופר המתפרקים והופכים חזרה לאלקטרונים שמהם הורכבו עלולים לגרום לדעיכה למצב היסוד.

בנוסף, ישנן תופעות הגורמות לאובדן המידע הקוונטי לגבי הפאזה:

דיפרסיית מטען: כאמור לעיל, שינויים בערך המטען של הקיוביט גורמים לשינויים בתדר שלו. עובדה זו גורמת לאובדן המידע לגבי הפאזה בין מצבי הקיוביט.
רעש בשטף חיצוני: במקרים בהם מצמדים זוג טרנסמונים לשטף מגנטי חיצוני באמצעות לולאה, שטף אלקטרומגנטי בלולאה זו עלול לגרום לסיבוב מצב הקיוביט באופן אקראי ולאובדן מידע לגבי הפאזה.
רעשים בזרם הקריטי בצומת: לכידה ושחרור מטענים גורמים לשינוי באנרגיית הצומת $E_{j}$ ולשינוי לאובדן מידע לגבי הפאזה.

הערות שוליים

^ ^1.0 ^1.1 Charge insensitive qubit design derived from the Cooper pair box Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta, A. A. Houck, D. I. Schuster, J. Majer, Alexandre Blais, M. H. Devoret, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf
↑ Shaping photons: quantum computation with bosonic cQED Adrian Copetudo, Clara Yun Fontaine, Fernando Valadares, Yvonne Y. Gao
↑ Suppressing Charge Noise Decoherence in Superconducting Charge Qubits J. A. Schreier, A. A. Houck, Jens Koch, D. I. Schuster, B. R. Johnson, J. M. Chow, J. M. Gambetta, J. Majer, L. Frunzio, M. H. Devoret, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

טרנסמון41523543Q7834688

[קוך-1] 1.0 ^1.1 Charge insensitive qubit design derived from the Cooper pair box Jens Koch, Terri M. Yu, Jay Gambetta, A. A. Houck, D. I. Schuster, J. Majer, Alexandre Blais, M. H. Devoret, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf

[2] Shaping photons: quantum computation with bosonic cQED Adrian Copetudo, Clara Yun Fontaine, Fernando Valadares, Yvonne Y. Gao

[3] Suppressing Charge Noise Decoherence in Superconducting Charge Qubits J. A. Schreier, A. A. Houck, Jens Koch, D. I. Schuster, B. R. Johnson, J. M. Chow, J. M. Gambetta, J. Majer, L. Frunzio, M. H. Devoret, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf

[1]

[2]

[3]