Flowermon：基于扭曲铜酸盐范德华异质结构的超导量子位

量子技术可以在一些高级优化和计算任务上胜过传统计算机。近年来，物理学家一直致力于确定新的策略来创建量子系统和有前景的量子位（即量子计算机中的基本信息单元）

CNR复杂系统研究所（Consiglio Nazionale delle Ricerche）、马克斯·普朗克固体化学物理研究所和世界各地其他研究所的研究人员最近推出了一种新的超导和电容分流量子位，他们称之为“Flowrmon”，基于扭曲的铜酸盐范德华异质结构

该论文的合著者Uri Vool说：“这个项目是一个很好的机会，当时我们试图在对话中结合我们不同专业的语言。”，告诉Phys.org：“最初的动机是我们的合作者Nicola Poccia最近的工作，他能够实现一种‘扭曲的范德华异质结构’，在这种结构中，他们可以控制新型铜酸盐超导体BSCCO中各个层之间的角度，而不会破坏其独特的特性。

”Nicola Poccia问Valentina Brosco和我，这是否可以以任何方式用作量子技术的量子位或设备。起初我很怀疑，但这导致了Valentina和我之间的几次头脑风暴会议，最终达成了我们论文中提出的想法。“

大多数旨在创建量子超导电路的实验都使用了传统的、经过广泛研究的超导材料，如铝或铌。然而，在2000年左右，一些理论物理学家探索了引入噪声保护超导电路的想法，利用非常规超导体的独特对称性。

由于当时在实验环境中实现这一想法似乎不可行，这些理论工作被放弃了好几年。Vool、Poccia、Brosco和他们的同事最近的研究将这一想法带回了创造一种新的超导量子位。

Vool说：“随着超导电路的发展，有几个建议可以通过设计电路元件来实现对称性，从而创造出具有噪声保护的电路。”。“这些想法非常有趣，但实验实施总是具有挑战性，因为电路元件的相对电感或它们形成的回路中施加的磁通量等缺陷破坏了对称性，降低了它们的性能。

”在Flowrmon中，我们注意到使用扭曲范德华铜酸盐异质结构的简单电路也提供了这种保护，这来自于材料本身的对称性，而不是电路布置。“

该研究团队引入的量子位Flowrmon的独特结构和特性可以极大地增强超导电路的稳健性，因为它消除了调谐或通量的需要。在之前专注于受保护电路的研究工作的基础上，Vool和他的同事展示了具有固有对称性的材料在创造量子超导体方面的潜力r传导系统

Vool解释道：“我们的工作表明，与工程对称性相反，使用具有固有对称性的材料可以产生不需要微调的稳健量子位。”。“Flowrmon将使用非常规超导体用于受保护量子电路的旧想法现代化，并将其与新的制造技术和对超导电路相干性的新理解相结合。”

研究人员推出的新量子位基本上由一个BSCCO范德华-约瑟夫逊结组成。该结的扭曲角约为45°，由一个大电容器和一个读出超导谐振器分流

该论文的合著者Valentina Brosco说：“尽管它很简单，但阶参数独特的扭曲d波性质允许Flowrmon以保奇偶本征态编码信息。”。“理想情况下，这会使弛豫时间比众所周知的transmon提高几个数量级。此外，实验中对扭曲角度的控制表明，与标准d波结中发生的情况相反，在flowermon中，准粒子诱导的耗散被指数级抑制。”

Flowrmon的简单设计利用了Josephson在两个具有相对扭曲角度的BSCCO薄片之间隧穿的复杂而独特的特征

新量子位的另一个优点是其独特的光谱结构，可以操作电路量子电动力学（cQED）和读出方案

Brosco说：“我认为Flowrmon很好地说明了通过在量子器件中集成复杂材料和异质结构，特别是在超导电路领域，可以实现的新兴功能。”。“我发现非常有趣和迷人的是，Flowrmon电路的强度内置了多体波函数，该函数导致了与占主导地位的双铜对隧道项的电流相位关系。”

与通过复杂电路工程实现的其他奇偶校验保护量子位相比，Flowrmon依赖于自然发生的物理机制。据报道，这种独特设计的稳健性可能会激励其他物理学家探索扭曲范德华铜酸盐异质结构在创建超导电路方面的潜力

Brosco说：“Flowrmon背后的想法可以扩展到几个方向：寻找产生类似效果的不同超导体或结，探索基于Flowrmon实现新型量子器件的可能性。”。“这些设备将结合量子材料的优点