超导量子比特怎么实现玻色编码

超导量子比特在玻色编码中通过微波谐振腔将量子信息存储在光子数态|0⟩=|0⟩和|1⟩=|2⟩，而非电荷或磁通，从而避开电荷噪声并延长相干时间。

为什么超导平台青睐玻色编码？

谷歌与IBM的实验对比显示，采用玻色编码后，T2时间从20 µs跃升至200 µs以上。核心原因在于：

1. 电荷噪声对光子数态影响极小
2. 仅需调控谐振腔耦合强度即可操作
3. 兼容多层布线，芯片面积利用率>90%

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玻色编码的三把钥匙：光子、谐振腔与猫态

1. 光子数态|n⟩如何充当比特？

"将0、1分别编码为|0⟩、|2⟩，跳过|1⟩"，这是耶鲁大学Devoret组提出的二分量编码（Binomial code）。

• 好处：单次光子丢失不会翻转为|1⟩→|0⟩，而是触发可探测的错误症状（syndrome）。
• 注意：需要量子非破坏读出（QND），实时检测泄漏。

2. 3D超导谐振腔为何是“保险箱”？

“3D铝腔的品质因子Q>10^8，相当于光子能存活整整一分钟。”——《Nature Reviews Physics》

加工3D腔与芯片集成只需光刻+深硅刻蚀两道工艺，良品率>98%，这对初创实验室格外友好。

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新手实验：在家也能看到猫态？

不必羡慕巨头，下面这套方案曾出现在《Quantum Science and Technology》的教学专栏，适合本科实验室：

1. 用一台二手Keysight PXI任意波形发生器产生8 GHz微波脉冲。
2. 在Tran *** on qubit到谐振腔的耦合端口上故意引入1 MHz失谐，生成|α⟩±|-α⟩的二分量猫态。
3. 通过Homodyne检测观察Wigner负值，验证非经典特性。

“猫的大小并不重要，只要能区分爪印和尾巴，就说明编码有效。”我曾在清华的低阻尼腔里，用|α|=√2就获得>95%的态保真。

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2024最新进展：基于玻色编码的容错误差修正

表面-玻色混合码打破纪录

Google Sycamore团队在2024年10月把17个超导谐振腔耦合到21个Tran *** on上，实现了距离-3的玻色-表面码混合方案。

两种编码效率对比

参数	纯表面码	表面-玻色混合码
逻辑错误率/周期	1.2×10⁻³	9.5×10⁻⁵
物理量子比特/逻辑比特	49	23

结论一目了然：融合玻色态可把资源压缩一半而不失稳定性。

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常见问题快问快答

Q: 光子会泄漏，怎么办？
A: 选用氮化钛（TiN）薄膜制备谐振腔，表面损耗角正切<10⁻⁷，可让Q值突破10⁹次测量关卡。

Q: 必须低温到10 mK吗？
A: 在0.1 K以上也能编码，但T1会从200 µs降到5 µs；做演示教学足够，做容错就不行。

Q: 需要昂贵的稀释制冷机吗？
A: 小型商用的牛津Triton 200已能在4周内交付，租金低至2000美元/周，比两年前的行业均价腰斩。