Новая схема управления кубитами в многоуровневой системе

31 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

Университетом науки и технологий Китая

Команда под руководством профессора Го Гуанцана из Университета науки и технологий Китая (USTC) добилась значительного прогресса в исследовании возможности настройки многоуровневой квантовой системы.

Сотрудничая с профессором Ху Сюэдуном из Университета Буффало, Университета штата Нью-Йорк и Origin Quantum Computing Company Limited, профессора Го Гопин, Ли Хайоу и Гун Мин предложили новый тип квантовых вентилей, которые могут обеспечить помехоустойчивое управление кубитом путем настройки параметры ведущего поля. Их работа была опубликована в журнале Physical Review Applied.

Манипулирование квантовыми состояниями широко применяется в квантовых системах, таких как сверхпроводящие кубиты и полупроводниковые квантовые точки. Квантовой системой с простыми энергетическими уровнями легко манипулировать, но в более сложной многоуровневой системе могут возникнуть помехи. Например, двухкубитная полупроводниковая спиновая система имеет теоретическую модель пяти энергетических уровней.

При управлении такой системой различные согласованные процессы внутри системы мешают друг другу, что затрудняет анализ и контроль процесса эволюции. В настоящее время соответствующие исследования в основном ограничиваются различными приближенными условиями, неблагоприятными для дальнейшего развития манипуляций с кубитами.

Чтобы изучить влияние движущих полей на многоуровневые системы, предыдущие работы часто полагались на численное моделирование или сводили многоуровневые системы к двухуровневым системам. Однако эти методы не могут всесторонне описать сложные явления в экспериментах. Следовательно, поиск подходящей системы отсчета (или базисного вектора) может значительно упростить задачу.

В этой работе исследователи связали челночное состояние со всеми другими энергетическими уровнями и достигли эквивалентной связи между любыми двумя энергетическими уровнями, настроив амплитуду и частоту челночного состояния. Это возможно, потому что эффективная модель их разработки Флоке может достичь любой желаемой эквивалентной модели путем настройки этих параметров.

Результаты показывают, что в пределах экспериментального диапазона параметров этот подход позволяет реализовать широкий диапазон связей, сохраняя при этом высокую скорость управления. Используя этот метод, исследователи теоретически продемонстрировали операции с однокубитными и двухкубитными вентилями с точностью, превышающей 99%. Эта модель может даже интерпретировать некоторые ранее необъяснимые новые нечетно-четные эффекты, наблюдаемые в экспериментах.

В этой схеме челночное государство играет решающую роль. Он не только обеспечивает эффективную связь между любыми двумя уровнями энергии, но также служит средством измерения. Исследователи могут проводить неразрушающие измерения квантовых состояний, измеряя состояние челнока.

Это теоретическое предложение имеет важные применения, поскольку системы мультиэнергетических уровней, обсуждаемые в этом исследовании, встречаются практически во всех других физических системах, включая атомы, ионы и сверхпроводящие кубиты.

Внеся соответствующие усовершенствования в схему и подобрав подходящие параметры, произвольное управление воротами можно реализовать и в других моделях. Эта новая схема предоставила новую экспериментальную информацию о работе квантовых вентилей в многоуровневых системах.

Больше информации: Юань Чжоу и др., Полная настраиваемость и квантовая когерентная динамика управляемой многоуровневой системы, Physical Review Applied (2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.044053

Предоставлено Университетом науки и технологий Китая.