利用半全局场实现囚禁离子的全可编程量子计算
囚禁离子量子计算可利用离子晶体的所有运动模式,通过多量子比特门结合单量子比特旋转实现全局纠缠的通用计算。不同于依赖单一类型双量子比特门(如著名的Mølmer-Sørensen门)的传统方案,该方法采用多频驱动单独调控每个离子,诱导完全可控的离子对耦合矩阵构成伊辛型相互作用,在保持高保真度的同时减少总门操作数。然而扩展至长离子链时,单独寻址在光学传输与信号生成方面存在技术挑战。该团队研究了全局/半全局驱动与单量子比特翻转的组合方案,证明其可复现完整的多量子比特门集合。虽然单量子比特翻转的优化组合属于计算难题,但研究人员提出了一种高效方案,可在N离子链中实现任意耦合配置,构建最多使用N/2个多量子比特门的级联方案。进一步研究表明,采用B<N个独立半全局场(每个场驱动N/B个离子)时,最大多量子比特门数量可降至约N²/[B²(N-1)]。该工作阐明了支持这些方案的驱动场设计方法并探究其特性,为大规模囚禁离子量子系统高效实现量子算法开辟了新路径。
