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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 两个可纠错光子量子比特之间受控相位门的演示

    摘要： 要实现容错量子计算，必须将量子信息存储在具有纠错功能的逻辑量子比特中——这可通过将逻辑态分布到多个物理量子比特上，或编码于高维系统的希尔伯特空间来实现。目前尚未实验验证这些可纠错逻辑量子比特间的量子门操作（这是执行任何实际量子计算任务的关键）。本文展示了一种几何方法，用于实现腔内光场编码的两个逻辑量子比特间的受控相位门：通过将辅助超导量子比特与这些腔体色散耦合，并驱动其根据腔体的联合光子态进行循环演化，从而产生条件几何相位。我们首先为逻辑基态编码在两个准正交相干态中的光子量子比特实现相位门（这对基于连续变量的量子计算具有重要意义），随后运用该几何方法实现了两个二项式编码逻辑量子比特（具备纠错功能）间的受控相位门。

    关键词： 纠错、量子计算、逻辑量子比特、几何相位、受控相位门

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 通过非共振调制驱动实现中性原子的受控相位门协议

    摘要： 中性原子阵列是研究量子模拟和量子逻辑门的理想平台，学界已投入大量精力提升双量子比特门的保真度。我们报道了近期利用里德堡阻塞效应构建新型双量子比特受控相位门协议的研究成果，该方案兼具鲁棒性与高保真度特性。其核心是通过具有特殊平滑波形的调制驱动脉冲实现量子门所需的相位积累，主要优势包括：单脉冲完成门操作、无需单比特寻址、对阻塞位移精确值不敏感，以及有效抑制布居泄漏误差与旋转误差?；诖私梗颐墙徊娇⒘怂龀宸枪舱竦髦魄纳斗桨?，其显著特征为多普勒不敏感性，旨在解决冷原子残余热运动对双量子比特门保真度的挑战。理论上，该方案能在较宽的量子比特原子速度范围内保持较高门保真度。此外，我们预期该研究将启发其他类型量子比特平台门协议的改进，相关策略也可应用于量子最优控制领域。

    关键词： 多普勒不敏感性、受控相位门、量子逻辑门、中性原子阵列、里德堡阻塞、量子模拟

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 利用动态耦合腔和光学非线性实现受控相位门

    摘要： 我们证明，相对简单的集成光子电路有望利用体光学非线性效应，在光子量子比特间实现高保真确定性受控相位门。该门电路通过强经典控制场动态改变有效腔-波导耦合率，将行进连续模式光子转换为稳态腔模式来实现。这种架构之所以成功，是因为它减少了光学非线性作用通常伴随的波包畸变（参见J. Shapiro《物理评论A》73卷062305页(2006)；J. Gea-Banacloche《物理评论A》81卷043823页(2010)）。研究表明，采用χ(3)材料的自相位调制和χ(2)材料的二次谐波产生均可实现高保真门操作。对于固定持续时间的入射光子波包，随着存储时间增加，门保真度渐近趋近于1。我们还发现动态耦合腔能在损耗误差与波包畸变之间实现权衡。本方案提出了一种实用量子门实现新途径，具有室温兼容性且仅需采用已单独验证的组件。

    关键词： 光学非线性、集成光子电路、光子量子比特、量子门、受控相位门

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 一种实验上可行的高保真受控相位门方案（适用于通用猫态量子比特）

    摘要： 我们提出了一种高效方案，用于实现以2d个圆周分布相干态叠加（d为正整数）编码的逻辑量子比特的通用受控相位门，该方案具有?；ち孔有畔⒚馐?d-1)光子损耗错误的优势。我们首先明确展示了如何在电路量子电动力学(QED)系统中设计微波腔模与多能级transmon辅助比特之间的色散相互作用。利用猫态量子比特，我们实现了两比特受控相位门，其操作时间与1/d成正比。这意味着采用更大的d值编码信息时，系统对环境干扰的敏感性将降低。最后，我们采用电路QED系统中实验可达的参数，数值研究了光子损耗、量子比特弛豫和Kerr非线性的影响。当考虑系统缺陷时，d=8情况下受控相位门的平均保真度达到了0.9955。结果表明该方案在电路QED系统量子计算中具有巨大潜力。

    关键词： 电路量子电动力学系统、猫态量子比特、受控相位门、量子计算

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 时间比特受控相位门的量子过程层析

    摘要： 时间比特量子态通过将信息编码在单个光子的不同时刻实现，已广泛应用于光纤和波导量子通信领域。随着分布式量子计算技术的发展，探讨时间比特编码量子态在此领域的适用性成为必然。我们近期基于铌酸锂波导研制出2×2光学开关，成功实现了时间比特受控相位（C相位）门操作，并由此制备出纠缠态。但该实验仅采用单组输入态进行验证，未能全面检验C相位门的功能性。本研究通过量子过程层析技术测得该门操作的过程保真度达97.1%，并进一步演示了过程保真度超过94%的受控非门操作。该成果证实：量子计算电路中常用的双量子比特逻辑门均可通过时间比特实现，这为基于时间比特的分布式量子计算发展奠定了重要基础。

    关键词： 量子计算、时间比特、受控相位门、受控非门、量子过程层析

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 不同自旋量子比特编码之间的快速量子接口

    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。

    关键词： 自旋量子比特、量子计算、受控相位门、半导体量子点、单重态-三重态量子比特

    更新于2025-09-10 09:29:36