Un qubit superconducting realizado como una pequeña isla (caja de pares de Cooper) acoplada a un reservorio mediante una unión Josephson donde los estados lógicos difieren por el número de pares de Cooper en la isla; opera en el régimen donde la energía de carga EC es comparable o mayor que la energía Josephson EJ.

Principio

Almacenar información cuántica en estados de carga discretos de una isla superconducting; la separación energética del qubit viene dada por la energía de carga y puede ajustarse con tensiones de puerta, pero es altamente sensible a fluctuaciones de carga de fondo.

Demostración

Experimentos iniciales en cajas de un solo par de Cooper que mostraron efectos de paridad de carga y operaciones rápidas pero coherencia limitada por ruido de carga ambiental y envenenamiento por quasipartículas; estas observaciones motivaron el régimen transmon.

Aplicación incorrecta

Suponer que los qubits de carga son robustos frente al ruido de carga de baja frecuencia o que el ajuste por tensión de puerta es un remedio completo; ignorar el tunelamiento de quasipartículas y el ruido 1/f sobreestimará la coherencia.

Consecuencia

Alta anharmonicidad y gran control mediante tensiones de puerta permiten operaciones rápidas, pero la coherencia práctica suele ser pobre sin mitigación del ruido de carga (filtrado, diseños simétricos o evolución al régimen transmon).

Inversión

El régimen transmon invierte la elección de diseño aumentando la capacitancia (reduciendo EC) para suprimir la sensibilidad a la carga, sacrificando algo de anharmonicidad y orientando el control hacia microondas.

Límite

Se refiere a qubits de isla superconducting de pequeña capacitancia donde domina la energía de carga; excluye transmons de gran capacitancia, qubits de espín semiconductores y dispositivos clásicos de un solo electrón.

Tensión semántica

Tensión entre aprovechar la fuerte no linealidad de carga para puertas rápidas y la vulnerabilidad a ruido de offset de carga ambiental; este compromiso de diseño llevó a la evolución hacia los transmons.

Síntesis

Un qubit de carga es la encarnación de caja de pares de Cooper de un qubit superconducting, codificando información en el número discreto de pares de Cooper en una pequeña isla, lo que proporciona alta anharmonicidad pero exige cuidadosa gestión del ruido de carga.