基于固態(tài)自旋量子比特的高保真度量子邏輯門的實驗研究.pdf

1、量子計算作為一種新型的信息處理方式，利用量子力學的原理，能夠有效處理如大數(shù)分解等很多經(jīng)典計算難以解決的問題。要實現(xiàn)實用的大規(guī)模量子計算，需要通過糾錯編碼的方式實現(xiàn)容錯量子計算，這要求實現(xiàn)的量子邏輯門的保真度高于某個容錯閾值。容錯閾值對量子邏輯門的保真度的要求是很苛刻的，以surface code為例，一般認為其要求量子邏輯門的保真度需達到0.99以上。而物理體系的量子特性極易受到噪聲的影響，如何在噪聲影響下實現(xiàn)高保真度的量子邏輯門，成為

2、很多體系實現(xiàn)量子計算的一個重大挑戰(zhàn)。我們基于量子計算的一個重要候選體系—金剛石NV色心，實驗研究能夠抑制噪聲進而實現(xiàn)高保真度量子邏輯門的方法，并在金剛石NV色心體系實現(xiàn)了保真度高達0.99995的單比特量子邏輯門和保真度0.992的兩比特量子邏輯門。這些量子邏輯門保真度不僅達到了surface code對保真度的閾值要求，而且是目前為止固態(tài)自旋體系量子邏輯門保真度的最高水平。
　　本論文的主要內(nèi)容是介紹我們在金剛石NV色心體系進行

3、高保真度量子邏輯門的實驗研究的主要成果，主要包括以下三個工作:
　　1.實驗驗證和實現(xiàn)動力學糾錯量子邏輯門。我們通過動力學糾錯量子邏輯門，國際上首次將實現(xiàn)量子邏輯門過程中對噪聲的抑制水平達到6階，并將可用于施加量子邏輯門的相干時間突破T2極限，達到T1ρ極限。
　　2.實現(xiàn)保真度達到容錯閾值要求的普適量子邏輯門。我們發(fā)展了新型組合脈沖、最優(yōu)控制、波形校準等方法和技術(shù)，在室溫大氣下13C自然豐度的金剛石中的NV色心體系實現(xiàn)了保