高保真度纠缠与原子阵列中的相干多量子比特映射

光学镊子阵列中的中性原子在量子信息科学的计算、模拟和计量领域具有广泛适用性。在众多原子物种中,镱-171因其具备可支持多个量子比特的特性而独树一帜,每个量子比特都对不同应用具有重要价值。这使其成为连接多学科的理想载体——这种跨学科协同策略在量子科学领域正日益显现成效。要实现这种协同效应的全部潜力,需要在这些不同量子比特自由度(即不同应用领域)之间实现高保真度的多粒子纠缠态生成与转移。本研究展示了镱-171镊子阵列中跨量子比特纠缠态的制备与相干映射技术:将纠缠态从核自旋量子比特或里德堡量子比特映射至光学时钟量子比特;实现了20个原子规模的格林伯格-霍恩-蔡林格(GHZ)态从相互作用里德堡能级向亚稳态核自旋能级的相干转移——该多体态通过二维梯形几何结构中的新型抗紊乱脉冲产生。研究还发现,基于时钟量子比特的自旋检测技术应用于里德堡与核自旋量子比特时,可实现原子损失可检测的量子比特测量和里德堡衰变检测。这支持了电路中途延迟擦除检测,在亚稳态量子比特中实现了误差可检测双量子比特门保真度(数值未显示),并提升了模拟制备GHZ态的保真度。这些成果构建了能同时推进量子信息科学多个领域并建立领域间桥梁的通用架构。

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