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超导射频（SRF）谐振腔因其长相干时间和可访问的大希尔伯特空间，为量子计算提供了极具前景的平台，但集成非线性元件（如用于控制的transmon）往往会引入额外损耗。该研究团队报道了一种基于双单元椭圆型SRF谐振腔的多模量子系统，该系统包含两个与辅助transmon电路弱耦合的腔模，其设计既保持了相干性，又实现了对腔模的高效控制。 通过优化设计降低transmon-腔耦合以及电介质基底和有损界面的参与度，研究人员有效抑制了transmon退相干的不利影响，最终实现两个模式的单光子寿命分别达到20.6毫秒和15.6毫秒，纯退相位时间超过40毫秒。这标志着相较既往三维多模存储器实现了数量级的提升。借助边带相互作用及创新的抗错协议（包括基于测量的校正和后选择），该工作实现了量子态的高保真度操控，成功制备出保真度超过95%、最高达N=20的Fock态（据作者所知为迄今报道的最高值），并通过后选择获得相干极限保真度达99.9%的双模纠缠态。 这些成果确立了该平台作为量子信息处理的稳健基础，为未来扩展至高维量子比特编码提供了可能。