Jenga-Krotov算法:高效编译交换专用量子比特的多量子门

在三重量子点系统中实现的纯交换型量子比特(EO qubits),通过纯交换相互作用实现普适量子控制,为可扩展的半导体量子计算提供了极具前景的平台。虽然高保真度的单比特和双比特门操作已得到验证,但高效多比特门操作(如Toffoli门)的合成仍是关键瓶颈。传统门分解方法会产生过长且易错的脉冲序列,严重限制实际应用。该工作提出了一种基于梯度优化的Jenga-Krotov(JK)算法,专门用于发现紧凑、高保真的EO门操作序列。将JK算法应用于Toffoli门后,所需交换酉操作从标准分解的216个减少到92个,时间步骤从162步压缩至50步,同时保持目标保真度。在真实噪声环境下,优化序列的累积门误差比传统方法低一个数量级。这些结果表明,JK算法是EO架构中多比特门合成的通用可扩展策略,有望推动半导体平台上多比特量子算法的实现。

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