一种基于 ^171Yb原子阵列的双亚稳态编码架构,用于量子处理

中性原子阵列结合了可扩展的量子比特寄存器、长相干时间、灵活的光学控制以及强里德伯介导的纠缠相互作用,使其成为量子信息处理领域一个前景广阔的平台。然而,物理错误率仍是一项挑战,且容错量子纠错需要对辅助量子比特进行重复的中途测量和重置,同时不干扰邻近的数据量子比特。这一要求带来了显著的控制和架构开销,使得量子比特编码成为一项重要的架构决策。在此,该团队提出一种针对\(^{171}\mathrm{Yb}\)原子的双亚稳态量子比特编码方案,该方案利用了\((6s6p)\,{}^3\mathrm{P}_0\)和\((6s6p)\,{}^3\mathrm{P}_2\)能级中的两个独立量子比特子空间。\({}^3\mathrm{P}_0\)能级提供了一种适用于存储和算术运算的长相干核自旋量子比特,而\({}^3\mathrm{P}_2\)能级则提供了一种超精细自旋量子比特,其\(\Delta_{\mathrm{HF}} = 2\pi\times 6.7~\mathrm{GHz}\),可实现快速拉曼操作和直接态选择成像。两个亚稳态能级之间的相干转移连接了量子比特子空间,允许将操作分配给光谱上不同的处理器区域。研究人员模拟了\({}^3\mathrm{P}_2\)中的单量子比特和双量子比特门保真度,以及HF与NS量子比特子空间之间的相干转移。该团队将这些物理层面的估计纳入架构资源估算和逻辑层面模拟中。该方法将中途测量和快速量子比特操作集成在一个单一物种平台内,为未来基于中性原子量子比特的容错量子计算提供了一个通用框架。

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提交arXiv: 2026-06-07 04:55

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