采用反向传播脉冲整形激光束实现捕获离子量子比特的高性能量子门

高度局域化的光-物质相互作用对于扩展囚禁离子架构至关重要。在超精细量子比特中,反向传播光束通过与运动的耦合产生纠缠门,但在单量子比特操作中这一效应是不期望的。因此,单量子比特门传统上采用共传播光束实现,两种光束几何结构的共存增加了硬件和计算开销。为了以最小开销提升整体性能,该团队设计并实现了基于空间曲线量子控制(SCQC)的脉冲幅度和退相鲁棒动态校正门,并将其与恒幅门实现进行了比较。研究人员对一个四量子比特囚禁离子寄存器进行了门层析成像,发现使用鲁棒脉冲时错误率降低了50%以上。该团队发现,反向传播鲁棒门通常优于其共传播对应方案,并以钻石距离为度量,实现了低至 \((3.59 \pm 1.25)\cdot 10^{-3}\) 的错误率。该值为激光驱动门建立了错误参考基准,仅比已报道的最佳$\textit{单}$离子$\textit{微波}$门高一个数量级。进一步的实验表明,鲁棒脉冲能有效抑制运行时增长的非马尔可夫错误。该工作挑战了共传播门因其弱运动耦合而应被优先采用的广泛认知,并倡导采用能够抑制囚禁离子错误预算中多种噪声源的高性能鲁棒脉冲。
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提交arXiv: 2026-06-14 08:28

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