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: 0

清華大學量子信息中心孫麓巖副教授超導量子計算研究組與尹璋琦助理研究員以及華南師范大學薛正遠研究員合作，在超導電路中演示了和樂量子門操作的新方法。該研究成果論文《在超導電路中任意非絕熱和樂單比特量子門的單圈實現》（Single-Loop Realization of Arbitrary Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Quantum Gates in a Superconducting Circuit）近日發表在《物理評論快報》上（Phys. Rev. Lett. 121, 110501, 2018）。

基于約瑟夫森結的超導量子比特，在可操控性和可擴展性等方面都具有很大的優勢，是目前國際上公認的最有希望實現量子計算的幾個物理系統之一。眾所周知，對操控噪聲不敏感的高保真度量子邏輯操控是實現大規模量子計算的關鍵。幾何量子計算是利用幾何相位來實現量子邏輯門操作的量子計算策略，其特點是利用幾何位相的整體幾何性質來避免某些局域無規噪聲的影響，從而實現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域中非常重要的研究課題。孫麓巖研究組基于薛正遠研究員提出的理論方案，利用超導量子比特與經典和量子化微波光場間的相互作用，通過哈密頓量參數空間的單圈演化，實現了對超導比特和微波光子的任意非絕熱和樂單比特量子門，門保真度分別達到99.6%和97.8%。

圖1 單比特和樂門的RB結果。（a）參照和插入RB實驗門序列。

（b）不同RB實驗的量子門保真度隨量子門序列數的衰減圖。

 

圖2：單光子和樂量子門操作結果的態層析結果。

此前，瑞士聯邦理工學院的超導量子計算研究組通過超導量子比特與經典微波的相互作用實現了單比特和樂量子門操作。然而，他們實驗需要兩次邏輯門組合才能夠實現任意的單比特量子門。清華大學量子信息中心所演示的實驗方案一次演化即可實現任意的單比特量子門，因此該方法能夠簡化實際量子計算中所需的量子門個數。該研究工作結果可望在通用量子計算等量子信息領域發揮重要作用。

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的薛正遠研究員、清華大學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碩士生陳濤。此項研究工作得到國家重點基礎研究發展計劃和國家自然科學基金支持。

論文鏈接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.110501