De kwantummechanica beschrijft de onzichtbare wereld van atomen en moleculen met behulp van kwantumsuperpositietoestanden, waardoor het lijkt alsof een fysiek systeem zich tegelijkertijd in twee totaal verschillende toestanden bevindt. Kwantumcomputers maken gebruik van deze mysterieuze eigenschap om berekeningen uit te voeren die praktisch onmogelijk zijn met conventionele computers, een mogelijkheid die de afgelopen jaren veel aandacht heeft getrokken.
Kwantumcomputers gebruiken qubits in kwantumsuperpositietoestanden 0 en 1 om berekeningen uit te voeren. Elke kwantumberekening wordt uitgevoerd met twee basisbewerkingen: poorten met één qubit en poorten met twee qubits*6. Om kwantumcomputers met hoge prestaties te realiseren, hebben we snelle en nauwkeurige poortoperaties nodig.
De ontwikkeling van kwantumcomputers wordt wereldwijd gepromoot, en dit heeft geleid tot de adoptie van meerdere benaderingen, met voorstellen die variëren van de manipulatie van afzonderlijke atomen of ionen tot het gebruik van halfgeleiders en supergeleidende circuits. De supergeleidende circuitbenadering wordt nu gezien als een voordeel in termen van het realiseren van kwantumsuperpositietoestanden in grote circuits, en in het relatieve gemak van het bereiken van de sterke koppeling van qubits die essentieel zijn voor de snelle uitvoering van twee-qubit-poorten.
Het koppelen van qubits gebeurt met een coupler (Fig. 1). Tot voor kort waren de steunpilaren vaste koppelingen met een constante koppelsterkte*7, maar de aandacht gaat nu uit naar afstembare koppelingen, waarvan wordt aangenomen dat ze de instelbare koppelingssterkte bieden die nodig is om de prestaties te verbeteren.
Afstembare koppelingen voldoen aan tegenstrijdige eisen: een snelle twee-qubit-poort met sterke koppeling, samen met de mogelijkheid om fouten als gevolg van resterende koppeling te verminderen door de koppeling uit te schakelen. Het verdient ook de voorkeur dat de qubit die bij berekeningen wordt gebruikt een transmon-qubit met vaste frequentie is, die zeer stabiel is, een eenvoudige structuur heeft en gemakkelijk te fabriceren is. Bovendien moet de frequentie van de twee qubits die zijn gekoppeld aanzienlijk verschillen, omdat dit overspraakfouten vermindert en robuust is tegen afwijkingen van de ontwerpwaarden van qubit-frequenties, waardoor de opbrengsten bij de fabricage van apparaten worden verbeterd. Het probleem hier is echter dat geen enkele afstembare koppelaar tot nu toe in staat is geweest om volledige ontkoppeling en snelle poortoperaties van twee qubits te combineren voor twee transmonqubits met vaste frequentie met aanzienlijk verschillende frequenties.
