高质量的双量子比特门操作（比如常见的CNOT门，控制非门）是可扩展量子计算信息处理的关键。因为，在门型量子计算里，可靠的单量子门和双量子门是构建通用量子计算机的关键。通常情况下，随着系统的集成度增大，门的保真度（Fidelity）就会受到影响。因此，需要有一个低错误率，且易于扩展的双量子比特门方案就成了关键。近日，南方科技大学量子科学与工程研究院在超导量子线路系统中的两比特量子门操控研究中取得重要进展。量子研究院的副研究员燕飞、副研究员李剑、助理研究员徐源以及合作者南京大学研究员谭新生联合在基于超导量子线路系统中，利用可调耦合器实现两个超导量子比特之间的高保真度、高扩展性的双比特量子门方案，研究成果以“High-Fidelity, High-Scalability Two-Qubit Gate Scheme for Superconducting Qubits”为题，发表在《物理评论快报》上[2]。
图1｜耦合器结合的两个超导量子比特（来源：南科大）纵观全球低温超导量子计算技术来看，如何在不损失扩展性的前提下获得高质量的双比特量子逻辑门，是目前实现大规模量子信息处理的核心问题。在低温超导量子线路系统中，利用可调耦合器结合固定频率比特的架构，可以有效地解决该问题。在该实验工作中，研究团队基于此架构，提出新型的双比特量子门操控方案，并在实验中实现了快速（30ns）高保真度（0.995）的两比特量子门操作。相比于之前的两比特量子门，该方案鲁棒性更高、需要的控制线更少、串扰影响更小、系统校准流程更简化，因此在大规模系统中应用具有明显的优势，为超导量子芯片设计开拓了新的思路。
图2｜(a) 系统能级示意图随可调耦合器频率的变化关系。(b) 随机基准校验标定两比特量子门保真度接近0.995（来源：南科大）袁嘉豪、邱嘉威、周宇轩、张礼博、于扬、刘松、俞大鹏。该研究同时得到了国家自然科学基金、广东省科技厅、深圳市科创委和南方科技大学等单位的大力支持。[1]https://newshub.sustech.edu.cn/zh/html/202101/39571.html[2]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.240503- E-mail：support@qtumist.com
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