我院郭国平、段鹏等与合作者在超导量子芯片上实现精确快速磁通串扰标定 [2026-03-24]

我院郭国平、段鹏等与本源量子计算有限公司合作，利用Spin-Echo效应消除量子串扰影响，在超导量子芯片上实现精确快速的磁通串扰标定。研究成果于近日以“Fast and Accurate Flux Crosstalk Characterization in Superconducting Qubit Circuits”为题发表在《Physical Review Applied》。

可调耦合架构已被广泛应用于超导量子处理器中，在该架构中，量子比特与耦合器的频率均通过各自独立的磁通控制线进行调节。在大规模量子处理器中，非理想的磁通串扰成为一个不可忽视的挑战：施加在某一器件上的磁通偏置可能会无意中影响邻近的量子比特或耦合器，从而显著降低量子比特的性能以及量子控制的保真度。另外，在可调耦合架构中，由于量子比特与耦合器之间存在强相互作用，经典磁通串扰与量子串扰都体现在可观测频率的偏移，量子串扰的存在加剧了磁通串扰补偿的复杂性。

图1.（a）器件结构示意图，由八个频率可调的 transmon 量子比特和十个频率可调的 transmon 耦合器组成。每一对相邻量子比特均通过一个共享的耦合器以电容方式耦合。（b）耦合器的电压变化对近邻比特的量子串扰和磁通串扰示意图。（c）串扰模型示意图，用于区分量子串扰与经典磁通串扰。

针对上述问题，研究团队利用Spin-Echo标定方法有效地区分并分离量子串扰与磁通串扰，量子串扰在Spin-Echo序列中的脉冲前后对目标量子比特引入的频率偏移是相同的，从而在前后积累的相位完全相互抵消。这一特性使得量子串扰的影响被有效消除，引起目标端的频率偏移仅保留经典磁通串扰的贡献，从而实现对磁通串扰的精确表征。

图2. 利用 Spin-Echo 方法表征磁通串扰系数。（a）Spin-Echo 脉冲序列示意图。（b）通过扫描偏置端电压幅值以及总延迟时间 ，提取目标量子比特的频率偏移得到磁通串扰系数为。

基于该方案的简便性，多比特芯片中，以此为基础，同时测量多个比特和耦合器，利用算法计算磁通串扰矩阵，降低表征多比特芯片中串扰的复杂度，为实现大规模超导量子处理器中的高保真量子控制奠定了坚实基础。

我院博士生杨小燕为论文第一作者，郭国平教授、段鹏博士为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金的资助。

论文链接https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/42lc-rd4t

（量子网络安徽省重点实验室、物理学院）