基于IBMQ和金刚石中15NV中心通过动态解耦实现的多量子比特门

该研究团队演示了一种实现快速高保真多量子位门的通用协议,该方法通过向与目标量子位耦合的中心量子位施加动态解耦(DD)脉冲序列来实现。通过利用目标量子位与中心量子位的内在相互作用,研究人员得以控制目标量子位状态,无需依赖缓慢且易出错的直接操控。该动态解耦门协议在两种框架下被开发并实验验证:其一是基于最少假设的硬件无关模型,在IBMQ提供的通用数字量子模拟器中完成基准测试;其二为考虑钻石中氮-15空位中心(¹⁵NV)实际特性的实验场景。研究团队在IBMQ平台中全面表征了多量子位门背后的量子力学动力学过程,规避了其他量子系统面临的大量实验限制;同时针对¹⁵NV系统的特殊性质建立了相应协议。与现有动态解耦目标量子位控制方法相比,¹⁵NV动态解耦门能显著减少门操作时间并提升技术可扩展性。此外,研究人员提出将该方法高效应用于¹⁵N核自旋的极化生成。所有实验结果均通过两个框架下的开源仿真得到全面验证。该工作为量子控制提供了健壮的硬件无关策略,适用于任何符合“中心-目标量子位”描述的系统,标志着未来量子设备技术可扩展性的关键突破。
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提交arXiv: 2025-09-26 09:26

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