扭转二硫化铌中量子二极管的实现及其对低功耗高保真量子电路设计的新原则

《Nature Communications》：Twisted superconducting quantum diodes for high fidelity anharmonic qubits

　　

摘要

在超导电路中，双向信号传播会导致背反射和背作用，将环境噪声耦合回相干元件，从而降低保真度。非互易超导二极管在电路层面提供了一条抑制此类背散射的固有途径。然而，其二极管效率和量子集成仍存在局限。在此，我们在面内和面外磁场条件下实现了扭转二硫化铌（NbSe₂）中的量子二极管。仅1^°的扭转即可实现效率增强，相对于原始器件达到27.6%。量子模拟表明，这一中间效率虽然远低于100%的理想值，但对于保持量子比特反谐性和稳定二能级系统而言，既在实验上可行又是最佳的。这些发现表明，最大整流性并不总是有益于量子信息，从而为设计扭转超导体的基本特性以实现低功耗、高保真量子电路确立了一项新原则。