Was ist der Unterschied zwischen Transmon- und Xmon-Qubits?

Transmon- und Xmon-Qubits sind zwei Arten von supraleitenden Ladungs-Qubits , die anscheinend häufig in supraleitenden Quantenbauelementen verwendet werden. Ich war jedoch nicht in der Lage, direkte Vergleiche zwischen ihnen zu finden. Die Xmon-Architektur ( 1304.2322 ) scheint von Martinis 'Gruppe als Alternative zum Transmon-Qubit eingeführt worden zu sein, daher würde ich erwarten, dass die frühere Architektur zumindest in gewisser Hinsicht besser ist. Andererseits scheint es auch ( cond-mat / 0703002 und 0712.3581 scheinen die relevanten Referenzen zu sein), dass die Geräte von IBM Transmon-Qubits verwenden.

Was sind die Hauptunterschiede zwischen den beiden aus praktischer Sicht (mit anderen Worten, wann und warum zieht man einander vor)?

Das Transmon ist eine Josephson-Verbindung und ein Kondensator parallel. Ursprünglich waren Transmons Differentialschaltungen, dh zwei Transmons auf demselben Chip waren in keiner Weise galvanisch verbunden. Mit anderen Worten, Transmons teilten keine Grundreferenz. Außerdem waren Transmons in den Anfängen fast immer in die Mitte eines harmonischen Resonators eingebettet. Der Resonator, der oft als "Busresonator" bezeichnet wird, wurde verwendet, um mehrere Qubits miteinander zu koppeln, dh Qubits, die in den gleichen Resonator eingebettet sind, könnten miteinander koppeln.

Die wichtigen Unterschiede zum xmon waren die folgenden

1. Das xmon wurde geerdet. Jedes xmon auf einem Chip wird mit einer nominal festgelegten Spannung an eine gemeinsame Masseebene angeschlossen.

2. Das xmon war nicht in einen Resonator eingebettet. Anstatt über einen Resonator zu koppeln, koppelt jedes xmon über eine direkte Kapazität an jeden seiner Nachbarn.

Heutzutage bauen mehrere Forschungsgruppen Qubits ohne den Busresonator und nennen sie "Transmons".

Es könnte noch viel mehr geschrieben werden. Wenn jemand einen Kommentar hinterlässt und nach weiteren Details zu einem bestimmten Aspekt des Unterschieds zwischen transmon und xmon fragt, werde ich mehr schreiben.

Geschichte des Namens

Rob Schoelkopf erzählte mir die Geschichte, woher der Name "Transmon" kam, als wir an der Sommerschule von Les Houches über "Quantum Machines" waren. Das Ladungs-Qubit litt unter niederfrequenten Rauschladungsschwankungen, die zu einer Dephasierung führten. Um das Problem zu umgehen, überlegte Professor Schoelkopf, die Kreuzung mit einem Stück Übertragungsleitung zu überbrücken. Die Leitung wäre ein Kurzschluss bei Gleichstrom, wodurch die Niederfrequenzladung ausgeglichen wird, aber es wäre eine hohe Impedanz bei der Resonanzfrequenz des Qubits, wodurch die Resonanz erhalten bleibt. Die Kombination einer Übertragungsleitung mit der Abzweigung plas mon Mode führte zum Namen "Transmon".

Am Ende stellte sich heraus, dass ein Kondensator einfacher als eine Übertragungsleitung war und einem der Übertragungsleitung äquivalenten Zweck diente, so dass das aufgewickelte Qubit ein Kondensator parallel zur Verbindungsstelle war. Allerdings war der Name "Transmon" schon festgefahren (oder vielleicht klang "Capmon" einfach nicht so gut).

In gewisser Hinsicht ist das Xmon - Qubit ein Transmon - Qubit , da beide in der$E_J>>E_c$Regime des CPB Hamilton und nutzen Sie die in (Koch, 2007) diskutierte exponentiell unterdrückte Abnahme des Anharmonizitätseffekts von Ladungsrauschen vs. Polynom. Sie könnten die Dynamik eines supraleitenden Qubit-Resonator-Systems berechnen, ohne jemals zu wissen, ob die Gleichungen ein Xmon oder ein Transmon beschreiben, so dass es funktionell schwierig ist, das Xmon zu unterscheiden.

Andererseits gibt es beim Xmon viele wichtige Designunterschiede: Das Qubit ist geerdet (oben erwähnt), das Qubit ist nicht mehr im Resonator eingebettet, es ist bequem einstellbar, die Lebensdauer ist erhöht (obwohl der Chip ibmqx3) dass IBM für seine Quantenerfahrung verwendet, hat Qubits mit$T_1\approx40 \space \mu s$die der ursprünglichen Lebensdauer von Xmon entspricht). Die Xmon-Form passt auch hervorragend zu einer Oberflächencode-Architektur, die ein dichtes Raster von Qubits erfordert.

Praktisch gibt es viele andere Transmon-Designs, die einige der gleichen Vorteile des Xmon bieten. "Transmon vs. Xmon" ist also nicht die allgemeine Frage. Entscheiden Sie sich einfach für das Design, das die besten Lebensdauern und möglicherweise die beste Abstimmbarkeit bietet.