对超导材料缺陷导致的控制脉冲失真的校正

在嘈杂中型量子（NISQ）时代，能够实现具有高保真度且高度可扩展的量子门操作是我们迈向通用量子计算机的重要一步。超导量子比特为构建这样的通用量子计算机提供了一条有前途的路径。在超导量子计算中，基于超导材料的约瑟夫森结是构造超导量子比特的重要结构。然而，由于超导材料自身特性及约瑟夫森结的加工工艺缺陷等原因，量子系统会被这些缺陷产生的噪声干扰，使得我们无法精确地控制量子比特。因此，对超导量子电路系统中的超导材料特性和缺陷进行分析，并表征由这些材料缺陷所造成的系统噪声，最终在控制脉冲层面对系统进行优化，是实现高精度的超导量子比特控制的关键。

在本文中，我们基于材料科学与工程的专业知识对超导材料特性与缺陷进行了详细的分析，系统总结和表征了这些由于材料缺陷所导致的多种类型噪声，并分析这些噪声对控制脉冲的失真的影响，再相应的将其校正。方法上，我们采用逆滤波器对磁通脉冲在不同时间尺度上的失真进行预校正，即通过传递函数在任意波形发生器内提前修饰脉冲，以抵消噪声对脉冲的影响。特别的，我们创造性地提出了SUSTech-Scope 方法，并将其应用在我们的实验上。该方法使用量子比特的演化过程表征系统的阶跃响应，并基于该响应构建逆滤波器实现控制脉冲的预校正。在我们的超导量子芯片上完成磁通脉冲失真的预校正后，我们将SUSTech-Scope与传统脉冲校正方法进行对比。相较于其他方法，SUSTech-Scope 充分考虑了材料表面磁场波动对磁通脉冲的影响，故我们的方法在校正精度上表现了相对优越性。

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