超导量子线路中的参数调制方案

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超导量子线路是目前最有希望实现通用量子计算的方案之一。随着超导芯片中量子比特数目的快速增加,非理想的量子操控和寄生相互作用限制了量子芯片的进一步拓展。高质量、高可扩展性的量子操控方案是超导量子计算领域的研究重点之一。其中,参数调制方案是当前的主流方案之一。其具有以下几点优势:1.可以有效地缓解频率拥挤(frequency crowding)问题。参数控制方案基于边带相互作用(sideband interaction),在操作过程中量子比特的频率不需要调节至共振状态,可以避免杂散的能级免交叉。2.参数调制方案是利用各种频率的调制信号实现相互作用,其对芯片中的磁通串扰相对不敏感。3.参数调制方案对控制线路中的某些波形失真不敏感,例如长时间尺度的波形失真(对应兆赫兹量级的线路响应)。本文中,我会首先介绍超导量子计算的基本理论和实验平台的相关知识。其后,我会讨论参数控制方案的三个扩展性工作。第一个工作是基于参数调制的超导量子计算通用控制方案。通过引入一个泵浦(pump)信号,该方案可以极大地简化操控电路,并避免复杂的IQ校准。保真度分析证明了该方案在超导计算领域具有广泛应用的潜力。第二个工作是基于参数调制的超绝热两比特门方案。该方案利用参数控制实现了量子比特之间的等效可调耦合。我们利用该方案构造了iSWAP门和CZ门,并测量了门操作的保真度。误差分析显示门操作的保真度主要受量子比特的退相干限制。此外,我们在实验中验证了该门操作方案对参数波动的鲁棒性。第三个工作利用受激拉曼绝热通道(STIRAP)实现了两个间接耦合的量子比特之间量子态相干传输。我们利用参数调制方案构造了STIRAP哈密顿量。相较于在相同样品结构上的非绝热方案,这种基于STIRAP的态传输方案具有同等的演化速度和更好的鲁棒性。
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