La meccanica quantistica descrive il mondo invisibile di atomi e molecole utilizzando stati di sovrapposizione quantistica, consentendo a un sistema fisico di sembrare trovarsi simultaneamente in due stati completamente diversi. I computer quantistici sfruttano questa misteriosa proprietà per eseguire calcoli praticamente impossibili con i computer convenzionali, una capacità che ha attirato molta attenzione negli ultimi anni.
I computer quantistici utilizzano qubit negli stati di sovrapposizione quantistica di 0 e 1 per eseguire calcoli. Qualsiasi calcolo quantistico viene eseguito con due operazioni di base, porte a singolo qubit e porte a due qubit*6. Per realizzare computer quantistici ad alte prestazioni, abbiamo bisogno di operazioni di gate rapide e precise.
Lo sviluppo dei computer quantistici viene promosso in tutto il mondo e ciò ha visto l’adozione di molteplici approcci, con proposte che vanno dalla manipolazione di singoli atomi o ioni all’uso di semiconduttori e circuiti superconduttori. Si ritiene ora che l’approccio del circuito superconduttore abbia un vantaggio in termini di realizzazione di stati di sovrapposizione quantistica in circuiti di grandi dimensioni e nella relativa facilità di ottenere il forte accoppiamento di qubit essenziale per l’esecuzione ad alta velocità di porte a due qubit.
L'accoppiamento dei qubit viene effettuato con un accoppiatore (Fig. 1). Fino a poco tempo fa, i dispositivi principali erano accoppiatori fissi con una forza di accoppiamento costante*7, ma l'attenzione si sta ora rivolgendo agli accoppiatori sintonizzabili, che si ritiene offrano la forza di accoppiamento regolabile necessaria per migliorare le prestazioni.
Gli accoppiatori sintonizzabili soddisfano requisiti contraddittori: un gate veloce a due qubit con un forte accoppiamento, insieme alla capacità di ridurre gli errori derivanti dall'accoppiamento residuo disattivando l'accoppiamento. Inoltre, è preferibile che il qubit utilizzato nei calcoli sia un qubit transmon a frequenza fissa, che è altamente stabile, ha una struttura semplice ed è facile da fabbricare. Inoltre, la frequenza dei due qubit accoppiati dovrebbe essere significativamente diversa, poiché ciò riduce gli errori di diafonia ed è resistente alle deviazioni dai valori di progettazione delle frequenze dei qubit, migliorando così i rendimenti nella fabbricazione del dispositivo. Il problema qui, tuttavia, è che nessun accoppiatore sintonizzabile è ancora stato in grado di combinare un disaccoppiamento completo e operazioni veloci di gate a due qubit per due qubit transmon a frequenza fissa con frequenze significativamente diverse.
