رایانش کوانتومی ابررسانا
انواع کیوبیت > یونیمون

در سال ۲۰۲۲، محققان از IQM Quantum Computers، دانشگاه آلتو و VTT Technical Research Centre فنلاند یک کیوبیت ابررسانای جدید به نام یونیمون (Unimon) کشف کردند. یونیمون یک کیوبیت نسبتاً ساده است که از یک اتصال جوزفسون واحد تشکیل شده که توسط یک القاگر خطی (با اندوکتانس که به جریان بستگی ندارد) داخل یک تشدیدگر (ابررسانا) شانت شده است. کیوبیت‌های یونیمون دارای ناهماهنگی بیشتر هستند و زمان عملکرد سریع‌تری را نشان می‌دهند که منجر به کاهش حساسیت به خطاهای نویزی می‌شود. علاوه بر ناهماهنگی بیشتر، مزایای دیگر کیوبیت یونیمون شامل کاهش حساسیت به نویز شار و عدم حساسیت کامل به نویز بار DC است.
| نوعبعد | شارژ کیوبیت | کیوبیت RF-SQUID (نمونه اولیه Flux Qubit) | کیوبیت فاز |
| --- | --- | --- | --- |
| مدار | مدار کیوبیت بار. یک جزیره ابررسانا (که با یک خط چین احاطه شده) بین اتصالات یک خازن با ظرفیت خازنی  C و یک اثر جوزفسون با انرژی  E_{J} که با ولتاژ  U بایاس شده است، تعریف می‌شود.  |  مدار کیوبیت فلکس. یک حلقه ابررسانا با ضریب خودالقایی  L که توسط یک تقاطع با انرژی جوزفسون  E_{J} قطع شده است. شار مغناطیسی  \Phi  توسط یک خط فلکس با جریان الکتریکی  I_{0} بایاس می‌شود.  |  مدار کیوبیت فاز. یک اتصال جوزفسون با پارامتر انرژی  E_{J} که توسط جریان  I_{0} بایاس می‌شود. |
| هامیلتونی (مکانیک کوانتومی) |   H=E_{C}(N-N_{g})^{2}-E_{J}\cos \phi  در اینجا  N تعداد جفت کوپر برای تونل‌زنی کوانتومی از طریق تقاطع است،  N_{g}=CV_{0}/2e شار بر روی خازن به واحدهای تعداد جفت کوپر است،  E_{C}=(2e)^{2}/2(C_{J}+C) انرژی بار است که مربوط به هر دو ظرفیت  C و ظرفیت اتصال جوزفسون  C_{J} است. |   H={\frac {q^{2}}{2C_{J}}}+\left({\frac {\Phi _{0}}{2\pi }}\right)^{2}{\frac {\phi ^{2}}{2L}}-E_{J}\cos \left[\phi -\Phi {\frac {2\pi }{\Phi _{0}}}\right] توجه داشته باشید که  \phi  فقط اجازه دارد مقادیری بزرگتر از  2\pi  بگیرد و به‌طور جایگزین به‌عنوان انتگرال زمانی ولتاژ در امتداد القاگر  L تعریف می‌شود. |   H={\frac {(2e)^{2}}{2C_{J}}}q^{2}-I_{0}{\frac {\Phi _{0}}{2\pi }}\phi -E_{J}\cos \phi  در اینجا  \Phi _{0} کوانتوم شار مغناطیسی است. |
| انرژی پتانسیل |  U=-E_{J}\cos \phi  . ولتاژ بایاس به‌طور تنظیم‌شده است به طوری که  N_{g}={\frac {1}{2}} باشد، که فاصله انرژی بین  |0\rangle  و  |1\rangle  را به حداقل می‌رساند و فاصله آن را از دیگر فاصله‌های انرژی (مانند فاصله بین  |1\rangle  و  |2\rangle ) متمایز می‌کند. تفاوت در شکاف‌ها اجازه می‌دهد تنها انتقالات از  |0\rangle  به  |1\rangle  و بالعکس انجام شود، بدون اینکه حالات دیگر پر شوند. |   U=\left({\frac {\Phi _{0}}{2\pi }}\right)^{2}{\frac {\phi ^{2}}{2L}}-E_{J}\cos \left[\phi -\Phi {\frac {2\pi }{\Phi _{0}}}\right] ولتاژ شار مغناطیسی به  \Phi =\Phi _{0}/2 بایاس شده است. چاه‌های پتانسیل مختلف مربوط به تعداد خاصی از کوانتوم‌های فلکس که در حلقه‌های ابررسانا محصور شده‌اند، می‌باشند. دو حالت پایین‌تر مربوط به ترکیب‌های متقارن و ضدمتقارن از صفر یا یک کوانتوم فلکس محبوس شده است که گاهی اوقات به‌عنوان حالات جریان حلقه در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت نشان داده می‌شود:  |0\rangle =\left[|\circlearrowleft \rangle +|\circlearrowright \rangle \right]/{\sqrt {2}} و  |1\rangle =\left[|\circlearrowleft \rangle -|\circlearrowright \rangle \right]/{\sqrt {2}}.  |   U=-I_{0}{\frac {\Phi _{0}}{2\pi }}\phi -E_{J}\cos \phi ، که به‌عنوان «پتانسیل تخته‌شستن» شناخته می‌شود. جریان بایاس تنظیم شده است تا چاه‌هایی به‌قدری کم‌عمق باشند که دقیقاً دو تابع موج موضعی‌شده را دربر گیرند. افزایش جزئی در جریان بایاس باعث «ریزش» انتخابی حالت انرژی بالاتر ( |1\rangle ) می‌شود که با یک پیک ولتاژ قابل اندازه‌گیری بیان می‌شود (مکانیسمی که معمولاً برای اندازه‌گیری در مکانیک کوانتومی کیوبیت فاز استفاده می‌شود).  |
در جدول بالا، سه نوع کیوبیت ابررسانا بررسی شده‌اند. در ردیف اول، نمودار مدار الکتریکی کیوبیت ارائه شده است. ردیف دوم یک هامیلتونی کوانتومی است که از مدار استخراج شده است. به‌طور کلی، هامیلتونی مجموع انرژی‌های جنبشی و پتانسیلی سیستم است (مشابه یک ذره در چاه پتانسیل). برای هامیلتونی‌های ذکر شده،  \phi  تفاوت فاز تابع موج ابررسانای عبوری از تقاطع،  C_{J} ظرفیت وابسته به تقاطع جوزفسون، و  q بار روی ظرفیت تقاطع است. برای هر پتانسیل نشان داده شده، تنها از تابع موج‌های جامد برای محاسبه استفاده شده است. پتانسیل کیوبیت با خط قرمز ضخیم نشان داده شده و راه‌حل‌های تابع موج شماتیک با خطوط نازک به‌طور واضح به سطح انرژی مناسب خود منتقل شده‌اند.
توجه داشته باشید که جرم ذره معادل یک تابع وارون ظرفیت مدار است و شکل پتانسیل تحت تأثیر القاگرهای معمولی و تقاطع‌های جوزفسون قرار دارد. راه‌حل‌های شماتیک تابع موج در ردیف سوم جدول، دامنه پیچیده متغیر فاز را نشان می‌دهند. به‌طور خاص، اگر فاز کیوبیت در حالی که در یک وضعیت خاص قرار دارد اندازه‌گیری شود، احتمال غیر صفر برای اندازه‌گیری یک مقدار خاص فقط در جایی که تابع موج نشان داده شده نوسان می‌کند وجود دارد. هر سه ردیف اساساً نمایش‌های مختلفی از همان سیستم فیزیکی هستند.