清华大学研究组首次在双重编码量子比特之间实现高保真度量子纠缠门

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清华大学科研团队在双重编码量子比特量子逻辑门研究中取得突破性进展，成功在钡离子超精细能级中实现了双重编码量子比特间的直接纠缠逻辑门。这项研究成果显著降低了量子线路复杂度，为未来量子纠错和离子-光子量子网络应用铺平了道路。

离子阱技术是构建大规模通用量子计算机的热门选择，已成功实现高保真量子比特操作。该团队此前已在离子阱平台上实现了数十个量子比特的全连接，并对数百个量子比特进行全局操控。

研究团队创新性地提出了一种双重量子比特编码方案，将两种类型的量子比特编码到同一离子的不同能级中。这种方案允许量子比特类型根据实验需求灵活转换，并保持高冷却效率和低串扰误差。

图1. 137Ba+离子能级图及激光方案，展现复合编码量子比特的低磁场敏感性。

本研究实现了双重编码量子比特的高保真度独立制备与探测，并演示了一种利用单激光系统实现复合编码量子比特间纠缠逻辑门的通用方案。实验使用137Ba+离子，在S1/2和D5/2超精细能级中编码两种量子比特，实现了96.3(4)%的纠缠态保真度，与同类型的S-S或D-D门相当。这表明双重编码量子比特间的纠缠逻辑门有助于降低量子线路深度。

图2. 复合编码量子比特纠缠门实验结果（展示了ss、dd和sd纠缠保真度）。

该研究成果以“在双重编码量子比特之间实现高保真度量子纠缠门”（Experimental Realization of Direct Entangling Gates between Dual-Type Qubits）为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。 交叉信息研究院王晨曦、黄传薪为论文共同第一作者，周子超、段路明为共同通讯作者。 研究得到了多项国家级项目的资助。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.010601

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