量子系统中的噪声分为环境噪声和基本噪声，前者可通过改进屏蔽、滤波等技术方式缓解，而后者受到的关注较少，其中起重要作用的就是连续自发局域化（Continuous Spontaneous Localization, CSL）模型描述的噪声与波函数非线性耦合引起的量子态自发坍缩。

近日，意大利Trieste大学的研究人员对基于transmon的超导量子计算机系统，从理论上分析了CSL效应对系统性能的影响。在超导量子计算体系中，通常参与叠加态的电子很少，CSL效应直接引起的叠加态局域化速率很低，因而可忽略，但它对电子的散射会把库珀对拆成非平衡准粒子，使得稳态准粒子密度远远高于热平衡值，进而引起退相干。CSL耗散效应引起的transmon量子比特中准粒子相对库珀对的密度为1E-18量级，目前实验观测到的是1E-9，仍然是环境噪声占主导。对应的退相干的上限为1E6秒，远高于实验目前不到1ms的水平。然而，这对大规模量子计算来说是不利的，如果不采用纠错，只考虑CSL效应带来的退相干，保证结果准确度的情况下能做的门操作数量（n_g）也是很有限的，例如一百万个比特时，大约就只能做1E4量级的门操作。

该理论分析研究考察了超导量子比特系统中非平衡准粒子的来源，指出即使环境噪声被完全抑制，基本噪声仍然限制整个系统退相干的上限。

论文信息：

https://arxiv.org/abs/2201.05114

（张颖珊 编译）