다단계 시스템의 큐비트 제어를 위한 새로운 방식

2023년 5월 31일

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중국 과학기술대학교

중국 과학기술대학교(USTC)의 Guo Guangcan 교수가 이끄는 팀은 다단계 양자 시스템 조정 가능성에 대한 연구에서 상당한 진전을 이루었습니다.

Guo Guoping, Li Haiou 및 Gong Ming 교수는 Buffalo 대학교, 뉴욕 주립 대학교의 Hu Xuedong 교수 및 Origin Quantum Computing Company Limited와 협력하여 튜닝을 통해 잡음 방지 큐비트 제어를 달성할 수 있는 새로운 유형의 양자 게이트를 제안했습니다. 운전 필드의 매개 변수. 그들의 연구는 Physical Review Applied에 게재되었습니다.

양자 상태 조작은 초전도 큐비트, 반도체 양자점 등 양자 시스템에 널리 적용됩니다. 단순한 에너지 준위를 갖는 양자 시스템은 조작하기 쉽지만, 더 복잡한 다단계 시스템에서는 간섭이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 2큐비트 반도체 스핀 시스템에는 5가지 에너지 수준의 이론적 모델이 있습니다.

이러한 시스템을 구동할 때 시스템 내의 서로 다른 일관성 있는 프로세스가 서로 간섭하므로 진화 프로세스를 분석하고 제어하기가 어렵습니다. 현재 관련 연구는 대부분 다양한 대략적인 조건으로 제한되어 있어 큐비트 조작의 추가 개발에 불리합니다.

다중 레벨 시스템에 대한 구동 필드의 효과를 연구하기 위해 이전 작업은 종종 수치 시뮬레이션에 의존하거나 다중 레벨 시스템을 2레벨 시스템으로 축소했습니다. 그러나 이러한 방법으로는 실험의 복잡한 현상을 포괄적으로 설명할 수 없습니다. 따라서 적절한 참조 프레임(또는 기본 벡터)을 찾으면 문제를 크게 단순화할 수 있습니다.

이 연구에서 연구자들은 셔틀 상태를 다른 모든 에너지 레벨과 결합하고 셔틀 상태의 진폭과 주파수를 조정하여 두 에너지 레벨 간의 등가 결합을 달성했습니다. 이는 Floquet 엔지니어링의 효과적인 모델이 이러한 매개변수를 조정하여 원하는 등가 모델을 달성할 수 있기 때문에 가능합니다.

결과는 실험 매개변수 범위 내에서 이 접근 방식이 높은 제어 속도를 유지하면서 광범위한 커플링을 구현할 수 있음을 보여줍니다. 연구원들은 이 방법을 사용하여 이론적으로 99%를 초과하는 충실도로 단일 큐비트 및 2큐비트 게이트 작동을 시연했습니다. 이 모델은 실험에서 관찰된 이전에 설명되지 않았던 새로운 홀짝 효과도 해석할 수 있습니다.

이 계획에서는 셔틀 상태가 중요한 역할을 합니다. 이는 두 에너지 수준 사이의 효과적인 결합을 가능하게 할 뿐만 아니라 측정 수단으로도 사용됩니다. 연구자들은 셔틀 상태를 측정함으로써 양자 상태의 비파괴 측정을 수행할 수 있습니다.

이 연구에서 논의된 다중 에너지 레벨 시스템은 원자, 이온 및 초전도 큐비트를 포함한 거의 모든 다른 물리적 시스템에서 발견되므로 이 이론적 제안은 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다.

체계를 적절히 개선하고 적절한 매개변수를 선택함으로써 다른 모델에서도 임의의 게이트 제어를 실현할 수 있습니다. 이 새로운 체계는 다중 레벨 시스템의 양자 게이트 작동에 대한 새로운 실험적 통찰력을 제공했습니다.

추가 정보: Yuan Zhou 외, 구동 다단계 시스템의 전체 조정 가능성 및 양자 일관성 역학, 물리적 검토 적용(2023). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.044053

중국과학기술대학교 제공