麻省理工團隊突破量子電腦可靠性瓶頸 找出電路失真根源

商傳媒｜責任編輯／綜合外電報導

麻省理工學院與林肯實驗室的跨領域研究人員，近日開發出一項新技術，能精確測量並找出超導量子電路中導致意外行為的失真來源，為大幅提升量子電腦的運算穩定性奠定基礎。這項研究成果已發表於《Nature Physics》期刊。

量子電腦具備解決傳統電腦難以應付複雜問題的潛力，例如藥物探索和材料開發等領域的分子交互作用模擬。然而，要建造出足以應用於實際場景的大型超導量子電腦，必須確保數千個量子電路在操作時能達到最低的錯誤率。

研究團隊發現，超導量子電路中「約瑟夫森接面」（Josephson junction）的「二階諧波校正」（second-order harmonic corrections）是導致電路效能不彰的關鍵因素。這種失真現象，會讓通常僅允許「單一庫柏對」（Cooper pair）穿隧的接面，意外地出現「雙庫柏對」同時穿隧的情況，進而影響量子運算的精確性。

麻省理工學院 Research Laboratory of Electronics (RLE) 的研究科學家 Max Hays 解釋，若嘗試強行讓更多庫柏對穿過接面，便無法正常運作。這種非線性效應對於所有電路都至關重要，若無此效應，便無法控制或操作儲存在電路中的任何量子資訊。另一位共同主要作者，麻省理工學院電機工程與電腦科學系的博士生 Junghyun Kim 也指出，當雙庫柏對同時穿隧時，原本的電路設計假設將失效，必須修正電路以應對此情況。

為了解決此問題，研究團隊特別製造了一種量子電路裝置，能對這些效應高度敏感。該裝置透過抑制單一庫柏對的穿隧過程，同時讓雙庫柏對穿隧繼續，以檢測二階諧波校正並精確測量其強度。他們發現，二階諧波的來源主要來自於連接約瑟夫森接面與其他電路元件的導線所產生的「附加電感」（additional inductance），而非約瑟夫森接面本身的固有動態。

Max Hays 表示，了解二階諧波校正的來源，有助於預測其強度，並利用這些資訊設計出更可預測、效能更佳的電路。未來，研究人員將進一步設計實驗，以更準確地預測二階諧波校正發生時裝置的表現，並探討其他可能來源及其在不同製造條件下對電路的影響。