规模化的超导量子处理器需要大量的控制线，有微波信号的XY控制线，也有磁通信号的Z控制线。如果能把两者合并为一，就可以减少一半的控制线数目。然而，XY控制线的信号电磁场有一部分在介电常数高的衬底里，为避免引起比特退相干，一般离量子比特至少50微米远，而Z控制线产生的磁场相对弱，为避免电流过大，一般要靠近比特10微米以内的距离，从而在设计上难以兼容。

近日，Rigetti公司在倒装焊结构芯片中，用顶部芯片的单根控制线，实现了对底部芯片上量子比特的控制。在这种倒装焊结构中，对量子比特而言，由于XY线的微波电磁场和磁通线的磁场都集中在真空中，而真空的相对介电常数和磁导率都是1，同样距离下电容耦合和电感耦合一样强，从而可用一根XYZ实现量子比特控制。该团队将顶部芯片刻蚀形成沟槽，镀上金属地作为“cap”，控制线做在槽里，距离比特27微米。室温的XY和Z线分别经过不同的衰减，用一个diplexer实现滤波与合路，再送进比特的控制线。该XYZ线设计的弛豫时间上限为200微秒以上，和比特SQUID环互感有0.5pH，电容耦合强度能实现20ns的pi脉冲。实际测量到T1平均有53微秒，单比特门保真度99.77%，时长100ns。XYZ线控制可以实现参数纠缠门，pi脉冲看作纵场对比特频率的影响可忽略。

该工作可以减少连接量子比特样品盒的控制线数目，降低布线难度，但要想减少进制冷机的控制线数目，还需要采用低温微电子技术或者光纤进行光电转换等技术。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2107.06245