金奇奐研究組刷新單量子比特相干時間紀錄

2021年01月13日 瀏覽次數: 0

      近日清華大學叉信息研究院金奇奐研究組在量子計算領域取得重要進展，首次在離子阱系統中實現了超過一個小時的單量子比特相干時間，刷新了此前的紀錄。該成果的研究論文（Single ion qubit with estimated coherence time exceeding one hour）于近日刊發于國際學術期刊《自然•通訊》。

       提升量子系統的相干時間一直是量子科技領域的一項挑戰。作為最有潛力實現通用量子計算機的平臺之一，離子阱系統優勢之一就是較長的相干時間。相干時間直接限制了量子計算機可以連續進行量子操作的最大次數，同時也是實現高保真度量子操作的前提條件。除量子計算外，相干時間對量子通訊以及量子精密測量領域也都具有重大意義。

實驗系統示意圖

       此前，單離子量子比特的最長相干時間記錄為該組實現的660秒，但是限制更長相干時間的原因依然不明確。在此基礎上，這項工作明確了其限制因素主要為微波信號相位噪聲，殘余磁場漲落以及微波信號泄漏。該項工作將實驗系統放置于雙層磁屏蔽系統中減少環境磁場噪聲與量子系統的耦合，通過增加激光以及微波信號隔離度減少信號泄露對系統的干擾，通過優化本地微波振蕩器的參考降低微波信號相位噪聲。為了進一步抑制噪聲，該工作采用了動力學解耦技術，并根據噪聲環境優化脈沖參數進一步降低各類噪聲源影響。最終量子比特相干時間提升到了5500秒，相較于之前有一個數量級的提升。此外該工作進一步詳細分析并且量化了限制離子量子比特相干時間的其它因素，為進一步提升相干時間奠定了基礎。

相干時間測量結果

       該論文第一作者為交叉信息研究院博士生王鵬飛，通訊作者為金奇奐副教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生欒春陽、喬木、嚴馬可。其它合作作者有南方科技大學助理研究員張君華、杜克大學博士后汪野、北京大學助理教授袁驍、新加坡南洋理工大學教授Mile Gu、北京量子信息科學研究院張靜寧。該工作得到了國家重點研發計劃（項目編號2016YFA0301900、2016YFA0301901）、國家自然科學基金（項目編號11574002、11974200、11504197）的資助與支持。