基于固態(tài)自旋量子比特的高保真度量子邏輯門(mén)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、量子計(jì)算作為一種新型的信息處理方式，利用量子力學(xué)的原理，能夠有效處理如大數(shù)分解等很多經(jīng)典計(jì)算難以解決的問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)實(shí)用的大規(guī)模量子計(jì)算，需要通過(guò)糾錯(cuò)編碼的方式實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算，這要求實(shí)現(xiàn)的量子邏輯門(mén)的保真度高于某個(gè)容錯(cuò)閾值。容錯(cuò)閾值對(duì)量子邏輯門(mén)的保真度的要求是很苛刻的，以surface code為例，一般認(rèn)為其要求量子邏輯門(mén)的保真度需達(dá)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(shí)現(xiàn)高保真度的量子邏輯門(mén)，成為

2、很多體系實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。我們基于量子計(jì)算的一個(gè)重要候選體系—金剛石NV色心，實(shí)驗(yàn)研究能夠抑制噪聲進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高保真度量子邏輯門(mén)的方法，并在金剛石NV色心體系實(shí)現(xiàn)了保真度高達(dá)0.99995的單比特量子邏輯門(mén)和保真度0.992的兩比特量子邏輯門(mén)。這些量子邏輯門(mén)保真度不僅達(dá)到了surface code對(duì)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(mén)保真度的最高水平。
　　本論文的主要內(nèi)容是介紹我們?cè)诮饎偸疦V色心體系進(jìn)行

3、高保真度量子邏輯門(mén)的實(shí)驗(yàn)研究的主要成果，主要包括以下三個(gè)工作:
　　1.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)糾錯(cuò)量子邏輯門(mén)。我們通過(guò)動(dòng)力學(xué)糾錯(cuò)量子邏輯門(mén)，國(guó)際上首次將實(shí)現(xiàn)量子邏輯門(mén)過(guò)程中對(duì)噪聲的抑制水平達(dá)到6階，并將可用于施加量子邏輯門(mén)的相干時(shí)間突破T2極限，達(dá)到T1ρ極限。
　　2.實(shí)現(xiàn)保真度達(dá)到容錯(cuò)閾值要求的普適量子邏輯門(mén)。我們發(fā)展了新型組合脈沖、最優(yōu)控制、波形校準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了保