硬件高效的基于超导Transmon Qutrit的纠错量子比特

利用擦除量子比特进行量子纠错,通过将主要物理误差转化为可检测的擦除操作,能提供更高的容错阈值和更优的扩展性。在超导电路中,可采用双轨方案构建擦除量子比特,但这种方法需要额外的量子比特数量开销和定制耦合元件。本研究展示了一种硬件高效方案——将transmon三能级系统作为擦除量子比特运行,该方案与标准超导电路量子电动力学硬件兼容。其中逻辑态|0_L⟩和|1_L⟩分别由基态和第二激发态表示,而主导的弛豫误差可通过微波激活的双三能级系统SWAP门,借助辅助量子比特进行检测。经重复的中途擦除检测后筛选,该逻辑量子比特的T1寿命超过500微秒,是transmon物理量子比特T1时间的十倍。通过动态解耦技术,相干时间突破300微秒。单量子比特门操作实现了平均Clifford门保真度达10^-4量级。研究还展示了将辅助量子比特双重用途化——同时用于擦除检测和奇偶校验,并实现了擦除量子比特间贝尔态的预示制备。这些结果表明,当前主流的transmon量子比特阵列架构可能已具备实施基于擦除的量子纠错策略的潜力,为硬件高效的容错量子计算铺平道路。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-09 18:01

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