科技日?qǐng)?bào)北京10月18日電 （記者張佳欣）據(jù)最新一期《自然通訊·材料》雜志報(bào)道，一個(gè)由日本國(guó)家信息與通信技術(shù)研究所（NICT）和名古屋大學(xué)等機(jī)構(gòu)組成的團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出了世界上首個(gè)無(wú)需外部磁場(chǎng)即可運(yùn)行的超導(dǎo)通量量子比特。傳統(tǒng)上，超導(dǎo)通量量子比特需要依靠大型線圈或通量線提供的外部磁場(chǎng)才能工作，而這款新型量子比特利用了鐵磁約瑟夫森結(jié)（π結(jié)），從而可在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下運(yùn)作。這為高性能量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展提供了新的可能性。
在眾多類(lèi)型的量子比特中，超導(dǎo)量子比特的量子態(tài)比較容易操控，因此廣受科學(xué)家青睞。這些量子比特的核心組件是π結(jié)，它對(duì)于控制量子比特的操作至關(guān)重要。
當(dāng)前，傳輸子量子比特非諧性低，在大量集成時(shí)會(huì)面臨頻率擁擠的問(wèn)題。相比之下，采用3個(gè)π結(jié)且具有較高非諧性的通量量子比特能夠緩解這類(lèi)問(wèn)題。然而，通量量子比特的擴(kuò)展受到限制，因?yàn)樗鼈円蕾?lài)于外部線圈提供必要的磁通量。這不僅可能引入噪聲，還需要額外的控制線路。
為了克服這一難題，團(tuán)隊(duì)將硅基氮化物超導(dǎo)量子比特技術(shù)與鐵磁約瑟夫森器件相結(jié)合，創(chuàng)造了一種帶有π結(jié)的通量量子比特。這種π結(jié)能夠在不使用外部磁場(chǎng)的情況下產(chǎn)生180度相位偏移，使得量子比特能在最優(yōu)條件下獨(dú)立運(yùn)行。
團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)創(chuàng)新減少了噪聲干擾，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，并促進(jìn)了量子比特的大規(guī)模集成。盡管該量子比特的相干時(shí)間僅為1.45微秒，比之前某些相位量子比特提高了360倍，但仍短于無(wú)π結(jié)的傳統(tǒng)通量量子比特。不過(guò)，消除對(duì)外部磁場(chǎng)的需求標(biāo)志著向更加高效和經(jīng)濟(jì)的量子技術(shù)邁進(jìn)了一大步。