量子計算機利用量子力學現(xiàn)象（如疊加和糾纏），可以比傳統(tǒng)計算機更快地解決某些特定問題。量子計算機有望解決當今最強大的超級計算機無法解決的復雜問題。

推動量子計算機的開發(fā)需要新的研究工具。現(xiàn)在，西北大學的研究者已經(jīng)開發(fā)并測試了一種用于分析大型超導電路的理論工具。 

相關(guān)研究于當?shù)貢r間9 月 13 日發(fā)表在學術(shù)期刊《物理評論研究》上，論文標題為《Variational tight-binding method for simulating large superconducting circuits》（模擬大型超導電路的變分緊束縛方法）。

超導電路使用超導量子比特（量子計算機的最小單元）來存儲信息。提高超導量子比特的相干性和抗噪能力開發(fā)下一代糾錯量子處理器路線圖的關(guān)鍵要求。因此，超導電路中的固有噪聲保護已成為研究的重要焦點。

防止有害噪聲往往以增加電路復雜性為代價。對于像transmon這樣的小電路來說，同時實現(xiàn)去極化和去相位保護是不可能的，而是需要具有兩個或更多自由度的電路。目前，處理大型電路建模的工具很少，因此，西北大學的方法對研究界具有重要貢獻。

“我們的框架受到最初為研究晶體中電子而開發(fā)的方法的啟發(fā)，使我們能夠?qū)σ郧昂茈y或不可能訪問的電路進行定量預測?！痹撜撐牡耐ㄓ嵶髡呒娴谝蛔髡?Daniel Weiss 說。

Daniel Weiss是超導量子比特專家Jens Koch研究小組的四年級研究生。而Jens Koch 是超導量子材料與系統(tǒng)中心 (Superconducting Quantum Materials and Systems Center ，簡稱SQMS) 和量子優(yōu)勢聯(lián)合設(shè)計中心 (Co-design Center for Quantum Advantage ，簡稱C2QA) 的成員。這兩個中心都由美國能源部在2020年建立。 SQMS 專注于構(gòu)建和部署基于超導技術(shù)的量子計算機。C2QA 正在構(gòu)建創(chuàng)建可擴展、分布式和容錯量子計算機系統(tǒng)所需的基本工具。

“研究人員發(fā)展了一種通用化的實現(xiàn)大型超導線路中譜分析的固態(tài)緊束縛技術(shù)。發(fā)現(xiàn)，緊束縛態(tài)相比于電荷基態(tài)，更適合用作低等激發(fā)的近似，鏡像電流就是其中一個有趣的實例。利用緊束縛態(tài)可以有效地降低使得能譜收斂的過程中所需希爾伯特空間的維度，因而可以用來更精確地模擬超出基矢對角化地方法處理的更大規(guī)模線路?！币晃粐鴥?nèi)量子計算研究者對澎湃新聞記者表示。

此項研究中，他們通過從受保護的電路中提取使用標準技術(shù)無法獲得的定量信息來說明他們的理論工具的使用。

研究人員專門研究了受保護的量子比特。經(jīng)過設(shè)計，這些量子比特免受有害噪聲的影響，而且能夠產(chǎn)生比當前最先進的量子比特長得多的相干時間（保留量子信息的時間）。這些超導電路必然很大，西北大學的工具是量化這些電路行為的一種手段。

已經(jīng)有一些工具可以分析大型超導電路，但它們只有在滿足某些條件時才能很好地起作用。西北大學的方法是互補的，并且在這些其他工具可能給出次優(yōu)結(jié)果時效果很好。

論文鏈接為：https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.3.033244