基于软件的交流线路引起的量子比特和量子态控制误差补偿

交流电源线路同步干扰是精密量子控制实验中一种常见的相干、时变误差来源。研究表明,当这些干扰相对于电源相位具有可重复性时,可在线路触发框架内测量其影响,并通过控制序列的软件更新进行补偿。在该团队的系统中,干扰表现为磁场诱导的囚禁 \(^{137}\text{Ba}^+\) 离子能级结构偏移,导致离子跃迁与本地振荡器之间产生时变失谐,以及在能级叠加态上累积的额外相位。该工作展示了一种补偿方案,可校正控制脉冲期间的瞬时振荡器失谐,以及脉冲间能级累积的相位。校准后的交流电源对失谐的贡献降低了 \(21(9)\times\),而拟合的交流相位幅度降至测量不确定度以下。随后,研究人员在磁场敏感量子比特上研究了门性能,发现未补偿的电源同步误差会产生时变波动,使得常规随机基准测试衰减模型不可靠。启用补偿后,这些波动被充分抑制,恢复了标准基准测试衰减,并提取出平均门保真度为 \(99.93(1)\%\)。最后,该框架被扩展至多能级量子比特(qudit)控制,并应用于单量子比特伯恩斯坦-瓦齐拉尼算法,其中交流补偿将16能级量子比特的成功概率从 \(10(7)\%\) 提升至 \(70(9)\%\)。这些结果表明,可重复的线路同步噪声可被视为校准后的控制框架误差,并通过软件修正,无需额外硬件。

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提交arXiv: 2026-05-29 21:00

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