科學家發現多能級量子比特操控新方案

　　中國科學技術大學郭光燦院士團隊的郭國平、李海歐和龔明教授等，與美國紐約州立大學布法羅分校胡學東教授、本源量子計算有限公司合作，在量子點系統中常見的多能級系統的量子調控上取得新進展。通過調控微波驅動頻率、幅值等參數，可以實現任意能級結構，進而實現高速、抗噪聲的量子比特操控。這種操控方案為實現高保真度量子比特操作提供了一種新途徑。研究成果近日發表于《應用物理評論》。

　　量子態的操控和演化在量子計算領域具有重要應用。所有的量子門操作，本質上都是這種操控的結果。量子系統有效能級越簡單，則操控越容易，精度越高。

　　在此次工作中，研究人員將一個穿梭態和所有其他能級耦合，并通過控制它的振動幅度和頻率，選擇實現任意兩個能級之間的等效耦合。

　　結果證明，在實驗參數范圍內，這個方案可以在很大范圍內實現所需要的耦合，并保持很高的操控速度。利用這個方法，研究人員在理論上證明了任意單比特門和兩比特門操控，保真度超過99%。這個模型甚至可以解釋以前在實驗上不能解釋的一些新奇的奇偶效應。新方案為多能級系統中的量子門操作提供了新的實驗思路。

　　研究人員介紹，在該方案中，穿梭態發揮了關鍵作用。它不僅可以實現任意兩個能級之間的有效耦合，還可以作為探測的手段。通過對穿梭態的測量，可以實現對量子態的非破壞性測量。

　　研究人員認為，這個理論方案可能有重要用途。這是因為論文中討論的多能級系統不僅出現在半導體量子點中，也出現在幾乎所有其他物理體系中，包括原子、離子、超導比特等。結構越復雜，集成度越高，能級就可能越復雜。因此，對這些方案進行合適的改進，同時選擇合適的參數，可以在其他模型中實現類似的任意門操控。