人物介紹

Nathan Lacroix 先生（博士在讀）和 Sebastian Krinner 博士（高級研究助理）都是蘇黎世聯邦理工學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：我們開發了基于超導電路的未來量子計算機的基本構件塊。與在任何量子系統中一樣，這些設備中的量子態很脆弱，因此量子計算機需要實現糾錯。目前，我們開發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，到緩解串擾和操作并行化。同時，我們盡早將所有構建塊匯集在一起，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。根據二十世紀九十年代發展起來的量子容錯理論，鑒于有關設備噪聲的一些假設，量子計算機原則上是可以實現的。現在，我們有機會使用有著真實世界噪聲的真實設備來測試這一點。可以對重要的理論概念進行測試，正是我們對這一研究領域著迷的部分原因所在。

Nathan：量子計算機有望解決傳統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將離不開糾錯。因此，開發糾錯技術對于釋放量子計算機的全部潛力至關重要。有了超導量子比特，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：要將芯片設計、制造、低溫學、室溫電子學、芯片的測試與表征結合在一起，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、具體的技術挑戰是，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，首先是調諧過程并行化，然后將其擴展到雙量子比特門。

4、當量子比特的數量增加時，你們認為下一個挑戰是什么？

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數量方面改善量子比特的質量。開發多路復用技術對于控制量子處理器可能很重要。從設計的角度，我們看到了通過進一步優化電路參數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是室溫電子設備規模的擴展。如果要控制 100 個或更多的量子比特，這些控制電子設備需要變得更緊湊。過去，大部分電子設備都是我們自己開發的。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專注于研究的其他方面，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在噪聲水平、同步和相位穩定性方面有著類似特性的大量的控制電子設備，那么我們肯定無法集中精力開展核心研究活動。