南科大重要进展：利用可调耦合器实现高质两比特量子门方案

1月26日消息（余予）近年来，量子计算与量子信息的发展受到国际上的普遍关注。

中国科学技术大学朱晓波教授在2020年“量子计算及量子信息研讨会”上表示，超导量子计算领域已经进入了一个阶段--从性能的角度来说，每个比特已经可以满足可扩展，即容错量的计算，超过量子纠错九十九点几的门槛。

同时，现在大多数的研究团队都在进行研究以实现进一步的扩展，拥有高质高效的操作系统。

说到高质高效的超导量子，其不仅需要一个高精度的模拟的操控，还需要有少的串扰等。

近日，南方科技大学量子研究院副研究员燕飞、副研究员李剑、助理研究员徐源以及合作者南京大学研究员谭新生联合在超导量子线路系统中的两比特量子门操控研究中取得重要进展：研究团队在基于超导量子线路系统中，利用可调耦合器实现两个超导量子比特之间的高保真度、高扩展性的两比特量子门方案。

就目前来说，实现大规模量子信息处理的核心问题即“如何在不损失扩展性的前提下获得高质量的两比特量子逻辑门？”

基于量子比特的特殊性--相互之间存在非常强的关联性和耦合性，结果表明，在超导量子线路系统中，利用可调耦合器结合固定频率比特的架构，可以有效地解决该问题。

基于这一架构，研究团队在实验中提出了一种新型的两比特量子门操控方案，并在实验中实现了快速（30ns）高保真度（0.995）的两比特量子门操作。这一新型量子门相较于之前的两比特量子门鲁棒性更高、所需控制线更少、串扰影响更小、系统校准流程更简化。

(a) 系统能级示意图随可调耦合器频率的变化关系。
(b) 随机基准校验标定两比特量子门保真度接近0.995。

这一新型两比特量子门操控方案在大规模系统中应用具有明显的优势，为超导量子芯片设计开拓了新的思路。

徐源为论文第一作者，南京大学硕士生储继（现为量子科学与工程研究院博士生）为论文共同第一作者，燕飞、李剑、徐源以及谭新生为论文共同通讯作者。其他参与作者有：袁嘉豪、邱嘉威、周宇轩、张礼博、于扬、刘松、俞大鹏。该研究得到了国家自然科学基金、广东省科技厅、深圳市科创委和南方科技大学等单位的大力支持。

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