迈向三元量子信息处理:成功形成高保真的双量子纠缠门

发布时间：2023-07-12 14:08:19 所属栏目：外闻来源：

导读：劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的高级量子试验台(AQT)和加州大学伯克利分校量子纳米电子学实验室(QNL)的一个跨学科团队在超导量子处理器上使用qutrits(三能级系统)取得了技术突破。

利用三元量子信息处理

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的高级量子试验台(AQT)和加州大学伯克利分校量子纳米电子学实验室(QNL)的一个跨学科团队在超导量子处理器上使用qutrits(三能级系统)取得了技术突破。

利用三元量子信息处理
超导量子比特和其他量子比特一样，采用高功率微波电磁辐射诱导的逻辑门相结合的操作进行精确的控制。然而，三元量子逻辑具有更复杂的状态空间和噪声环境，使得单量子逻辑门和双量子逻辑门在短时间尺度上难以控制。

材料科学和器件设计的最新进展提高了超导器件的相干性，便于对通常更容易受到噪声影响的量子点进行控制。然而，为了充分利用qutrit处理器的能力，执行对单个qutrit进行高度控制的操作是必要的，同时还需要对相邻qutrit进行高保真度和灵活的控制。

研究团队已经展示了高保真度的单量子运算。然而，迄今为止，纠缠门的速度由于依赖于缓慢而静态的相互作用而一直处于“开启”状态而受到损害。加速这种静态交互而不调整它将增加系统中不希望的噪声、串扰和错误。

领导演示的团队扩展了AQT最先进的研究，以实现具有固定频率和固定耦合的两个transmon ququits之间更快、更灵活和可调谐的微波激活纠缠。这种新的量子纠缠方法产生了两个通用的双量子门，即控制z门(CZ)和控制z逆门(CZ+)。

使用AQT之前与行业合作伙伴Keysight Technologies合作的qutrit循环基准测试方法，该团队测量了双qutrit纠缠门的过程保真度高达97.3%，将之前工作的不忠度降低了约4倍。此外，在qutrits研究中，AQT研究人员首次应用并推广了另一种已建立的协议-交叉熵基准测试-来表征门噪声并确定门操作的保真度。

探索量子物理学的新领域
Noah Goss是AQT和QNL的研究生研究员，是该论文的主要作者。在高斯看来，通过使用相应的量子操作来加深对于这个学说的认识充满了热情。

“AQT和QNL中不同工作的结合使我们能够达到这一点，我们可以很好地描述和理解qutrit逻辑门的物理特性。我们综合了许多以前的专业知识，并在实验中更进一步，通过引入一种高度控制的相互作用，这是以前没有研究过的。”戈斯说。

“我们学会了如何在不牺牲单量子门的情况下用双量子门产生纠缠。而且，如果你将实验演示中获得的保真度与qutrits进行比较，它与最先进的三量子位门竞争，尽管它在更大的空间上，”戈斯说。

建立一个量子就绪的愿景
生成高保真度qutrit门在量子计算的各个领域都引入了复杂性。AQT提供了一个理想的培训实验室，因为这些类型的广泛，前沿的探索与日益复杂的超导处理器。AQT还通过其研究机会和对实验室测试平台的开放访问来培训下一代科学家和工程师。在试验台用户计划的第三年，该团队的实验工作激发了对未来研究合作的进一步兴趣。

“在前人工作的基础上继续推进qutrit研发方向，这是一件很有趣也很酷的事情，从一个与学术界和业界其他许多人截然不同的角度出发。AQT是进行此类探索的好地方。在这个不断发展的qutrits分支领域，还有很多细节需要解决，还有很多物理工作要做，”戈斯说。他认为，如果能找到一种方法，可以让人们通过使用电子设备来获得更好的体验，那么这将是一个巨大的飞跃。

（编辑：汽车网）

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