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不同自旋量子比特编码之间的快速量子接口

DOI：10.1038/s41467-018-07522-1 期刊：Nature Communications 出版年份：2018 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 半导体量子点中的单自旋量子比特因实现了高于99.9%的高单量子比特门保真度及具有长相干时间的两量子比特门操作，有望实现通用量子计算。然而其初始化与读出速度比控制操作慢数个数量级，这对实施纠错码等基于测量的协议不利。相比之下，编码于双自旋子空间的单重态-三重态量子比特具有高保真快速读出的优势。本文展示了一种融合这两种不同自旋量子比特实现方案优势的混合系统，通过电调谐的量子比特间交换耦合实现了两种编码间的量子接口。我们演示了作用时间仅5.5纳秒（远快于实测211纳秒的退相位时间）的受控相位门。该混合架构将有助于解决构建可扩展自旋基量子计算机剩余的关键问题。
作者： A. Noiri，T. Nakajima，M.R. Delbecq，K. Takeda，J. Yoneda，P. Stano，T. Otsuka，G. Allison，K. Kawasaki，Y. Kojima，A. Ludwig，D. Loss，S. Tarucha
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了实现半导体量子点中不同自旋量子比特编码之间的快速量子接口，结合单自旋量子比特与单重态-三重态量子比特的优势，以实现可扩展的量子计算。

研究成果

该研究成功展示了不同自旋量子比特编码之间的快速量子接口，其受控相位门操作时间仅为5.5纳秒，显著快于退相干时间。这种混合架构结合了单自旋比特与单重态-三重态比特的优势，为可扩展的自旋基量子计算机提供了可行路径。

研究不足

该实验是在特定的半导体量子点系统（GaAs/AlGaAs）中进行的，这可能会限制其推广到其他材料。虽然门控时间很快，但仍受限于JQQ/h ? ΔEQQZ/h的要求，且退相位时间可能主要受电荷噪声支配。

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