超導量子電腦長什麼樣子？

目前建造超導量子電腦的複雜性

完整的超導量子電腦至少需包含：氦3極低溫真空環境、冷卻系統、大量的射頻訊號控制與讀取儀器等，故當前的超導量子電腦非常的巨大。此外，一個量子位元至少需要四條線路：

  • 控制頻率*1：挑控磁通量的Fluxline。
  • 控制狀態*1：Driveline。
  • 讀取狀態*2：Readout line一進一出。
可以參考下圖：

▲要達到量子計算，需要同時操作許多 Qubit，同時因為糾錯的關係，也需要額外的 Qubit 來進行糾錯。上圖是一個 17 位元的實驗性量子晶片，排列方式是一種稱為 surface code（表面碼）的量子糾錯型態，原形為 Qubit，粉色及紅色是 Data Qubit，天藍色及綠色是 Check Qubit。每個 Qubit 都連接 7 條線（暱稱為 Starmon），其中 4 條為 Qubit 間耦合、1 條 Flux line、1 條 Drive line、1 條 Readout resonator。Readout resonator 分別併入到三條 feedline。雖然當前的技術可以將多個Qubit的Readout line整合在一起，透過頻率隔離的技術共用同一條Readout line（所謂Feedline），但我們還需要考慮控制量子位元間交互作用的Resonator，一個100位元的量子電腦原型就需要400條線路從外部送入，故目前常見的超導量子電腦可以看見大量的線路。
https://arxiv.org/pdf/1612.08208

量子位元間交互作用的Resonator/Coupler可以是可調控的，可進一步調控不同Qubit之間的耦合強度，但亦會增加控制電路的複雜度。
arxiv: 2408.12433

Ref: IBM

Ref: Google

Ref: IQCC and Quantum Machines

▲IQM公司繪製出量子電腦低溫腔內的細節設計圖。
Ref: IQM

王培儒 超導量子位元(科普版)