在固態(tài)體系首次實現(xiàn)高保真度量子受控非門

  ICC訊 記者30日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、石發(fā)展等人，基于金剛石氮—空位（NV）色心量子比特實現(xiàn)了保真度99.92%的量子CNOT門（量子受控非門）。該項研究成果日前發(fā)表在《物理評論快報》上。

  可實用的大規(guī)模量子計算要求門保真度至少達到99.9%，此前僅離子阱體系實現(xiàn)了保真度約為99.9%的兩比特門。固態(tài)體系由于受到更為嘈雜的固態(tài)環(huán)境的干擾，實現(xiàn)超過99.9%保真度的兩比特門是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

  理論上，通過量子糾錯過程，只要在物理比特上實現(xiàn)錯誤低于容錯閾值的量子門，就可以在邏輯比特上獲得錯誤更小的量子門。類似地，通過動力學糾錯，如果環(huán)境噪聲的非馬爾科夫性能被充分利用，物理比特上的門錯誤可以在多個操控脈沖之間相互抵消。

  研究團隊通過對噪聲的細致測量，建立了一個準確且完整的噪聲模型，其中包括靜態(tài)噪聲、含時噪聲以及量子噪聲。基于動力學糾錯的思想，研究人員對形狀脈沖進行了精巧的設計，使其能抵抗噪聲模型中的各種磁噪聲，最終將磁噪聲對CNOT門的影響降低了兩個數(shù)量級，降至10的負4次方以下。實驗中，研究人員測得形狀脈沖實現(xiàn)的CNOT門保真度為99.920（7）%，并分析得知，剩余錯誤主要來自形狀脈沖的失真以及電子自旋的縱向弛豫。這二者皆可在技術(shù)上被進一步消除，因此未來有望將CNOT門保真度進一步提高到99.99%以上。

  該研究給出的方法是通用的，可進一步推廣至其他固態(tài)體系，如硅量子點、金剛石和碳化硅中的其他缺陷、稀土摻雜系統(tǒng)等。