清華新聞網(wǎng)1月19日電 近日，清華大學(xué)交叉信息研究院金奇奐研究組在量子計(jì)算領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次在離子阱系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了超過(guò)一個(gè)小時(shí)的單量子比特相干時(shí)間，刷新了此前的紀(jì)錄。
提升量子系統(tǒng)的相干時(shí)間一直是量子科技領(lǐng)域的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。作為最有潛力實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)的平臺(tái)之一，離子阱系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)之一就是較長(zhǎng)的相干時(shí)間。相干時(shí)間直接限制了量子計(jì)算機(jī)可以連續(xù)進(jìn)行量子操作的最大次數(shù)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)高保真度量子操作的前提條件。除量子計(jì)算外，相干時(shí)間對(duì)量子通訊以及量子精密測(cè)量領(lǐng)域也都具有重大意義。
該成果的研究論文“單離子量子比特實(shí)現(xiàn)超過(guò)一小時(shí)的擬合相干時(shí)間”（Single ion qubit with estimated coherence time exceeding one hour）于近日刊發(fā)于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》。
此前，單離子量子比特的最長(zhǎng)相干時(shí)間記錄為該組實(shí)現(xiàn)的660秒，但是限制更長(zhǎng)相干時(shí)間的原因依然不明確。在此基礎(chǔ)上，這項(xiàng)工作明確了其限制因素主要為微波信號(hào)相位噪聲，殘余磁場(chǎng)漲落以及微波信號(hào)泄漏。該項(xiàng)工作將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)放置于雙層磁屏蔽系統(tǒng)中減少環(huán)境磁場(chǎng)噪聲與量子系統(tǒng)的耦合，通過(guò)增加激光以及微波信號(hào)隔離度，減少信號(hào)泄露對(duì)系統(tǒng)的干擾；通過(guò)優(yōu)化本地微波振蕩器的參考，降低微波信號(hào)相位噪聲。為了進(jìn)一步抑制噪聲，該工作采用了動(dòng)力學(xué)解耦技術(shù)，并根據(jù)噪聲環(huán)境優(yōu)化脈沖參數(shù)，進(jìn)一步降低各類(lèi)噪聲源影響。最終量子比特相干時(shí)間提升到了5500秒，相較于之前有一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。此外該工作進(jìn)一步詳細(xì)分析并且量化了限制離子量子比特相干時(shí)間的其它因素，為進(jìn)一步提升相干時(shí)間奠定了基礎(chǔ)。
圖1.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖
圖2.相干時(shí)間測(cè)量結(jié)果
該論文第一作者為交叉信息研究院博士生王鵬飛，通訊作者為金奇奐副教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生欒春陽(yáng)、喬木、嚴(yán)馬可。其他合作作者有南方科技大學(xué)助理研究員張君華、杜克大學(xué)博士后汪野、北京大學(xué)助理教授袁驍、新加坡南洋理工大學(xué)教授Mile Gu、北京量子信息科學(xué)研究院張靜寧。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金的資助與支持。
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供稿：交叉信息院
編輯：劉慶辰
審核：李晨暉
