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电路量子电动力学中双线性模式耦合的工程化：理论与实验
摘要： 由超导transmon辅助比特控制的高Q值超导微波腔光子态，为量子信息的编码与操控提供了平台。将该平台扩展至实用化量子计算的关键挑战在于：需按需传递存储在腔体中的量子信息。最新研究表明，通过将双频驱动的超导transmon辅助比特与两个腔模式耦合，可实现可调谐的双线性相互作用，从而实现腔模式中多光子态的交换与干涉[Gao等人，《物理评论X》8卷021073页(2018)]。本文从理论与实验两方面探究了实现快速SWAP门所需的较强辅助比特驱动条件——该条件同时会引发降低SWAP保真度的非微扰效应。我们基于线性响应理论建立了理论框架，通过响应矩阵计算辅助比特诱导的腔模式相互作用速率、衰减及频率偏移。运用Floquet理论突破常规微扰处理方法，发现即便在标准旋转波近似适用范围内，双驱动的干涉仍会显著改变系统动力学。辅助比特上的驱动诱导交流斯塔克位移非平凡地依赖于驱动参数与辅助比特参数，进而改变工程化相互作用的强度。我们确定了由辅助比特退相干导致保真度下降的两大主因：(i) 辅助比特耗散与退相位会引发Floquet态间的非相干跃迁（即使零温下亦存在），该跃迁导致SWAP速率突变从而退相干化SWAP操作；(ii) 通过逆珀塞尔效应，相对高损耗的辅助比特会使腔模式继承有限衰减——当交流斯塔克位移将特定辅助比特跃迁频率推近腔模式频率时，该效应尤为显著。理论预测与实验结果定量吻合，为利用该理论优化未来实验与架构设计奠定了基础。
关键词： 退相干、transmon辅助比特、超导腔、交流斯塔克位移、量子信息、电路量子电动力学、逆珀塞尔效应、双线性模式耦合、SWAP门、弗洛凯理论
更新于2025-09-23 15:23:52
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[IEEE 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑 (2019.6.23-2019.6.27)] 2019欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 利用囚禁离子实现连续变量量子计算
摘要： 通常采用类原子系统的自旋态进行量子信息编码的方法存在可扩展性问题。例如，控制大量代表物理量子比特的囚禁原子离子极具挑战性。替代方案是利用近谐波势阱提供的大希尔伯特空间，在振子态中编码信息。我们通过单囚禁171Yb离子运动态的边带分辨寻址，演示了条件分束器门。该条件分束器（CBS）哈密顿量|e??e|(a?b + ab?)在离子内态条件下交换两个运动模式的量子态，因此可视为SWAP门——我们利用它演示SWAP测试、实现单次宇称测量，并生成最大纠缠的运动态NOON态。我们讨论了阻碍该门成为通用门的杂散相移问题，并证明通过引入辅助真空模，囚禁离子系统中的条件分束器门可用于构建实用算法（如矩阵求逆）及其他有趣应用所需的通用指数型SWAP门。
关键词： SWAP门、条件分束器门、NOON态、量子计算、囚禁离子
更新于2025-09-11 14:15:04
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利用共振SWAP门实现硅双量子点中量子信息的相干转移
摘要： 硅量子点中的自旋量子处理器能实现高保真度的单比特与双比特操作。近期虽已实现多比特器件，但多比特演示仍难以达成，部分原因在于比特间连接性受限。通过使用SWAP门可解决该问题——但在存在强磁场梯度的器件中实现SWAP门颇具挑战。本研究采用基础SWAP门在100纳秒内以98%的保真度(F(p)SWAP)转移自旋本征态，借此技术我们实现了无需通过量子点转移电荷即可读出和初始化双量子点状态的方法。进一步研究表明，该SWAP门能在300纳秒内以84%的保真度(F(c)SWAP)转移任意两比特直积态。这项工作为硅量子点中的多比特实验奠定了基础。
关键词： 硅量子点、量子处理器、SWAP门、自旋本征态、量子信息
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于双光子四量子比特系统的高容量量子通信忠实纠缠纯化
摘要： 由于光子系统的高维纠缠在高容量量子网络中展现出诸多独特优势，超纠缠纯化协议（hyper-EPP）已成为关键研究课题，其实现质量近期备受关注。本文首次提出针对双自由度非局域双光子系统的保真超EPP理论方案，通过构建多个保真度鲁棒的量子电路来实现超编码光子处理。该保真超EPP能有效校正偏振与空间模式自由度的比特翻转错误，通过多次执行超EPP原则上可实现双自由度的最大超纠缠。此外，保真度鲁棒量子电路、奇偶校验量子非破坏探测器及SWAP门确保该协议可靠运行——实际散射产生的误差会被转化为可检测的失效而非保真度损失。该方案可直接扩展用于纯化单偏振/空间模式自由度纠缠光子系统，以及偏振与多空间模式自由度超纠缠系统。
关键词： 超纠缠、SWAP门、量子通信、量子电路、纠缠纯化
更新于2025-09-11 14:15:04