量子信息中心孫麓巖研究組成功演示和樂量子門操作新方法
量子信息中心孫麓巖研究組成功演示和樂量子門操作新方法
2018年09月13日 瀏覽次數(shù): 0
清華大學(xué)量子信息中心孫麓巖副教授超導(dǎo)量子計(jì)算研究組與尹璋琦助理研究員以及華南師范大學(xué)薛正遠(yuǎn)研究員合作，在超導(dǎo)電路中演示了和樂量子門操作的新方法。該研究成果論文《在超導(dǎo)電路中任意非絕熱和樂單比特量子門的單圈實(shí)現(xiàn)》（Single-Loop Realization of Arbitrary Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Quantum Gates in a Superconducting Circuit）近日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上（Phys. Rev. Lett. 121, 110501, 2018）。
基于約瑟夫森結(jié)的超導(dǎo)量子比特，在可操控性和可擴(kuò)展性等方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)，是目前國際上公認(rèn)的最有希望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的幾個(gè)物理系統(tǒng)之一。眾所周知，對(duì)操控噪聲不敏感的高保真度量子邏輯操控是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的關(guān)鍵。幾何量子計(jì)算是利用幾何相位來實(shí)現(xiàn)量子邏輯門操作的量子計(jì)算策略，其特點(diǎn)是利用幾何位相的整體幾何性質(zhì)來避免某些局域無規(guī)噪聲的影響，從而實(shí)現(xiàn)高保真度的量子邏輯門。因此，基于阿貝爾和非阿貝爾幾何相位的幾何與和樂量子操控是量子物理和量子信息領(lǐng)域中非常重要的研究課題。孫麓巖研究組基于薛正遠(yuǎn)研究員提出的理論方案，利用超導(dǎo)量子比特與經(jīng)典和量子化微波光場(chǎng)間的相互作用，通過哈密頓量參數(shù)空間的單圈演化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超導(dǎo)比特和微波光子的任意非絕熱和樂單比特量子門，門保真度分別達(dá)到99.6%和97.8%。
圖1 單比特和樂門的RB結(jié)果。（a）參照和插入RB實(shí)驗(yàn)門序列。
（b）不同RB實(shí)驗(yàn)的量子門保真度隨量子門序列數(shù)的衰減圖。
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圖2：?jiǎn)喂庾雍蜆妨孔娱T操作結(jié)果的態(tài)層析結(jié)果。
此前，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的超導(dǎo)量子計(jì)算研究組通過超導(dǎo)量子比特與經(jīng)典微波的相互作用實(shí)現(xiàn)了單比特和樂量子門操作。然而，他們實(shí)驗(yàn)需要兩次邏輯門組合才能夠?qū)崿F(xiàn)任意的單比特量子門。清華大學(xué)量子信息中心所演示的實(shí)驗(yàn)方案一次演化即可實(shí)現(xiàn)任意的單比特量子門，因此該方法能夠簡(jiǎn)化實(shí)際量子計(jì)算中所需的量子門個(gè)數(shù)。該研究工作結(jié)果可望在通用量子計(jì)算等量子信息領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
論文第一作者為量子信息中心的博士生徐源，共同通訊作者為華南師范大學(xué)的薛正遠(yuǎn)研究員、清華大學(xué)量子信息中心的尹璋琦助理研究員和孫麓巖副教授。其他作者包括量子信息中心的博士生蔡偉州、馬雨瑋、穆相豪、胡玲，助理研究員王海燕，副研究員宋祎璞以及華南師范大學(xué)碩士生陳濤。此項(xiàng)研究工作得到國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金支持。
論文鏈接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.110501
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