Ein supraleitender Schaltkreis-Qubit, gebildet durch eine Josephson-Kontakt, die stark durch eine große Kapazität abgeschottet ist, sodass das Verhältnis Josephson-Energie zu Lade-Energie (EJ/EC) groß ist; dies verringert die Empfindlichkeit gegenüber Ladungsrauschen bei gleichzeitiger Beibehaltung einer schwach anharmonischen Energieleiter, die als effektives Zwei-Niveau-System genutzt wird.

Prinzip

Unterdrückung der Ladungsdispersion durch Erhöhung von EJ/EC mittels kapazitivem Shunt, sodass das Bauteil wie ein anharmonischer Oszillator mit reduzierter Ladungsrausch-Empfindlichkeit bei Verdünnungskühlschrank-Temperaturen arbeitet.

Demonstration

Ein planar hergestelltes Transmon auf Siliziumsubstrat, gekoppelt an einen coplanaren Wellenleiterresonator in der Schaltkreis-QED, mit Einzel-Qubit-Kohärenzzeiten von einigen 10 bis mehreren 100 Mikrosekunden und Tor-Fidelitäten über 99 % in modernen Implementierungen.

Fehlanwendung

Den Transmon als perfektes Zwei-Niveau-Atom zu behandeln und seine höheren Anregungszustände sowie die begrenzte Anharmonizität zu ignorieren; das führt zu Leakage-Fehlern bei schnellen Gates und Frequenzüberschneidungen im Prozessor.

Konsequenz

Praktikable supraleitende Qubits mit verbesserten Dephasingszeiten gegenüber ladeempfindlichen Entwürfen, die skalierbare Mikrowellensteuerung und Integration ermöglichen, allerdings auf Kosten geringer Anharmonizität, sodass Pulsformung und sorgfältige Frequenzplanung nötig sind.

Umkehrung

Die Ladungs- (Cooper-Paar-Box) Regime, in dem EC EJ überwiegt und starke Ladungsempfindlichkeit sowie größere Energieabstände entstehen, jedoch deutlich kürzere Kohärenzzeiten ohne Gegenmaßnahmen.

Abgrenzung

Gilt für kapazitiv abgeschottete Josephson-Kontakt-Bauteile, die im supraleitenden Mikrowellenbereich bei Millikelvin-Temperaturen betrieben werden; schließt nicht-suprakondensierende Qubits, rein fluxbasierte Schleifenqubits und topologische Vorschläge aus.

Semantische Spannung

Spannung zwischen dem Ziel hoher Kohärenz (großes EJ/EC) und ausreichender Anharmonizität für schnelle, leaksarme Steuerung; nahe Verwandte (Xmon, gmon, flux-abstimmbare Transmons) treffen andere Kompromisse.

Synthese

Ein Transmon-Qubit ist ein kapazitiv abgeschirmter Josephson-Oszillator, der auf ein hohes EJ/EC-Verhältnis eingestellt ist, um Ladungsrauschen zu unterdrücken und dennoch genügend Anharmonizität für den Betrieb als steuerbares Qubit in supraleitenden Quantenprozessoren zu bieten.