第一列
通用量子計算機承諾提供一個可持續的生態系統，促進人工智慧、藥物發現、特殊材料等多個領域的進步。確保其可靠性、穩健性和可擴展性對於成功開發能夠造福人類的全功能量子計算機至關重要。在這個項目中，我們的目標是開發一個具有10個量子比特的全堆疊量子計算機。我們將使用Shor算法展示質數分解，並在我們的量子處理器上使用量子相位估計進行分子模擬。此外，我們還將對GHZ狀態的邏輯量子比特進行錯誤檢測和緩解。實現長的相干時間、高讀出保真度和容錯邏輯閘保真度對於這些算法至關重要。為了提高相干時間，我們將提升讀出腔的內部品質因數，並為量子比特提供更好的屏蔽，以抵禦雜散場、紅外線和宇宙輻射。我們致力於通過縮小約瑟夫森結電阻的分佈來提高產量，為可擴展的量子處理器鋪平道路。為了提高讀出保真度，我們將使用單光子檢測方案中的量子參數放大器來改進量子非破壞性讀出工具。為了實現容錯邏輯閘或控制保真度，我們將從兩個方面入手：量子比特處理堆疊和晶片佈局。我們基於模塊化FPGA的DAC和ADC將提供皮秒級的相位鎖同步，確保與量子算法一致的脈衝傳遞，並通過隨機基準測試進行優化。在晶片佈局方面，我們將開發空橋來連接共面接地平面，減少串擾，使我們能夠更精確地控制X、Y和Z邏輯閘。我們將持續開發各種單量子位元和雙量子位元邏輯閘，如Hadamard和CZ門，結合我們的量子位元處理核心，最終使我們的量子計算機能夠通過雲端連結，提供有前景的應用。
兩量子位邏輯閘構成了邏輯運算的基礎，而 -狀態交換是調整控制參數的最有效方法。兩個量子位之間的頻率可調耦合器對於實現高保真度的兩量子位邏輯閘至關重要。我們已經成功實現了高質量的狀態交換，這展示了在晶片設計、製造和測量技術上的進展。
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共同主持人
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陳永富（中央大學物理系）
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吳憲昌（彰化師範大學物理系）
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郭華丞（中興大學物理系）
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柯忠廷（中央研究院關鍵議題研究中心）
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陳彥君（中央研究院關鍵議題研究中心）
高品質高密度接線晶片封裝
- 此技術欲解決問題：
晶片封裝是量子處理器運算性能的關鍵因素。優良的封裝能保護量子處理器不受外界噪音影響，確保輸入和輸出訊號的正確性。 - 重要性/突破性：
本技術能提供以下的效能：端口數大於80、微波串擾小於20dB、紅外線完全屏蔽、低磁通擾動（低頻噪聲頻譜密度小於10-4磁通量子) - 與計畫未來研發方向的關聯性：
本封裝技術的開發在擴充量子位元數至20位元以上時是必要的
左圖為高密度封裝內部結構立體圖。右圖為罩上紅外線遮罩與導磁金屬遮罩後的立體圖
量子處理器中共平面波導上懸空橋微製程
- 此技術欲解決問題：
當量子位元數擴充時，晶片上的微波訊號串擾更為嚴重。 - 重要性/突破性：
我們完成懸空橋製程，並確認此製程不會影響量子位元中約瑟芬接面的電阻。 - 與計畫未來研發方向的關聯性：
使用懸空橋製程可以在單一晶片上有效降低穿擾，對於多個量子位元的晶片製程是必要的。
在此電子顯微鏡相片清楚呈現超導量子晶片的中的懸空橋結構。懸空橋是XY閘極與Z閘極訊號線上方淺色的週期性構造。
在可調變耦合器實現高保真度 |11⟩-|02⟩ 同調狀態交換
- 此技術欲解決問題：
二位元邏輯閘在量子計算中是基本但具挑戰性的工作，我們設計與製作了可調變耦合器的結構，透過 |11⟩-|02⟩ 同調狀態交換的測量來高效率達成二位元邏輯閘操作的優化。 - 重要性/突破性：
使用可調變耦合器達成高品質的 |11⟩-|02⟩ 同調狀態交換。 - 與計畫未來研發方向的關聯性：
可調變耦合器的設計能夠大幅提升量子邏輯閘的保真度，透過更高品質的量子邏輯閘，能夠操控兩個量子位元為Bell state，並能操控更多位元成為GHZ狀態。
左圖呈現在不同的耦合器偏壓下 |11⟩-|02⟩ 的同調狀態交換，清楚顯示耦合關閉時的偏壓。右圖呈現 |11⟩-|02⟩ 交換在不同的位元頻率和耦合器偏壓下的結果，此操作能提供一組連續可調的二量子邏輯閘。