迈向三元量子信息处理 顺利生成高保真的双量子纠缠门

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的高级量子试验台(AQT)和加州大学伯克利分校量子纳米电子学实验室(QNL)的一个跨学科团队在超导量子处理器上使用qutrits(三能级系统)取得了技术突破。

最新的材料和器件设计的成果，增强了超导电路的相关性和效率，便于对通常更容易受到噪声影响的量子点进行控制。然而，为了充分利用qutrit处理器的能力，执行对单个qutrit进行高度控制的操作是必要的，同时还需要对相邻qutrit进行高保真度和灵活的控制。

研究团队已经展示了高保真度的单量子运算。然而，迄今为止，纠缠门的速度由于依赖于缓慢而静态的相互作用而一直处于“开启”状态而受到损害。加速这种静态交互而不调整它将增加系统中不希望的噪声、串扰和错误。

使用AQT之前与行业合作伙伴Keysight Technologies合作的qutrit循环基准测试方法，该团队测量了双qutrit纠缠门的过程保真度高达97.3%，将之前工作的不忠度降低了约4倍。此外，在qutrits研究中，AQT研究人员首次应用并推广了另一种已建立的协议-交叉熵基准测试-来表征门噪声并确定门操作的保真度。

AQT的团队在2021年展示了如何在固定频率量子比特之间部署微波激活的可调谐耦合。为了做到这一点，Goss和他的团队对两个固定频率的transmon ququits应用了差分交流斯塔克位移，并对其进行了表征。交流斯塔克位移利用微波光对耦合量子阱系统的跃迁频率和能级结构进行微小的改变，以高效率的调谐实现两个特定的量子阱之间的量子纠缠。

生成高保真度qutrit门在量子计算的各个领域都引入了复杂性。AQT提供了一个理想的培训实验室，因为这些类型的广泛，前沿的探索与日益复杂的超导处理器。AQT还通过其研究机会和对实验室测试平台的开放访问来培训下一代科学家和工程师。在试验台用户计划的第三年，该团队的实验工作激发了对未来研究合作的进一步兴趣。这种技术可以帮助开发人员创建一个基于机器学习的分析框架，以更好地理解数据中的信息，并使用这些信息来解决复杂的问题。

（编辑：银川站长网）

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