低频电荷噪声是超导量子比特重要的退相干原因之一。对于单模transmon，当EJ/EC很大时，系统对电荷不敏感，而当EJ/EC较小时，则可利用系统对电荷敏感的特性进行电荷探测。多模transmon具有频率相差很大但耦合很强的多个模式，在这种系统中可能实现串扰抑制、相位退相干抑制、快速纠缠、可调耦合等，但这些模式受低频电荷噪声的影响还没被系统研究过。

近日，英国牛津大学的研究人员在双模transmon量子比特上，对电荷噪声进行了研究。双模transmon将之前量子比特同心圆环的内部圆一分为二，并分别通过一个结连接到环，从而形成了V形能级结构。该结构有反对称（Δ）和对称（Σ）两种模式，前者的电偶极矩与平面内电场耦合强，后者的电四极矩与控制和读出的耦合强，两者之间耦合也很强。由于两个模式有不同的电荷分布，通过对Ramsey测量结果做FFT，可以提取出两个模式的电荷数，并据此定位电荷，从而能用来探测电荷在空间分布随时间的变化。实验中，研究人员追踪了150min的电荷运动轨迹。这种方法的缺点是无法分辨超过0.5个电子的跳变，当前时间分辨率也不能快于2min，结构的空间对称性导致不能确定在哪四分之一圆，而且接近外环的区域不如半圆附近电荷梯度大，从而这些区域电荷位置不确定性也较大，预计通过改变设计和用参量放大器读出可以解决这些问题。

研究理解电荷噪声等退相干机制对研发低错误率的量子处理器具有重要意义，而这种电荷敏感的多模transmon则为研究电荷波动等噪声提供了的一种有效方案。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2108.02105

（张颖珊 编译）