通过多光子跃迁消除实现超快单量子比特门

量子计算的主要推动因素之一是具备精确且快速的量子比特控制能力。然而,量子比特通常具有多能级结构,易受快速门操作引发非预期跃迁的影响。这种脱离计算子空间的泄漏效应对算法尤为有害,已有观测表明其会导致长寿命错误(例如在量子纠错中)。这使得研究人员不得不在实现快速门操作与低泄漏率之间做出取舍。此前研究主要聚焦于抑制基态至第二激发态的跃迁,却忽视了多光子跃迁过程,导致在实现更快门操作的同时进一步降低泄漏率始终面临挑战。本工作通过采用双递归绝热门导数消除(DRAG)方法(命名为R2D方法)消除了超越最近邻能级的直接跃迁,实现了单量子比特门总泄漏误差持续低于2.0×10^-5,并在6.8纳秒脉冲宽度下使X门和X/2门的保真度均超过99.98%。研究还发现,在如此短的门操作时间和强驱动强度下,主要误差源正是这些高阶跃迁过程。该实验在广泛使用的超导transmon量子比特(具有弱非谐能级结构且显著受高阶跃迁影响)上完成。该团队还提出了一种可精确量化低于10^-6泄漏率的误差放大检测方法。所提出的方案可便捷拓展至其他类型量子比特。

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提交arXiv: 2025-11-27 12:04

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