【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，北京量子信息科學(xué)研究院(以下簡(jiǎn)稱“量子院”)智能量子計(jì)算與模擬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院物理研究所(以下簡(jiǎn)稱“物理所”)等單位，提出了一種微波激發(fā)的高保真度三比特門(mén)方案。該方案基于大失諧固定頻率架構(gòu)，集成了全微波操作、易擴(kuò)展特性、良好參數(shù)容忍度、良好退相干表現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)高保真度三比特門(mén)的實(shí)現(xiàn)提供了有效技術(shù)路徑。2025年9月24日，該成果以“Microwave-activated high-fidelity three-qubit gate scheme for fixed-frequency superconducting qubits”為題發(fā)表于《Physical Review Applied》。
 

　　可擴(kuò)展超導(dǎo)量子處理器需要平衡相干性、控制復(fù)雜度和頻譜擁擠等多個(gè)關(guān)鍵約束條件。固定頻率架構(gòu)通過(guò)全微波操作抑制磁通噪聲并簡(jiǎn)化控制過(guò)程，但仍受殘余 ZZ 串?dāng)_的限制。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種適用于大失諧條件下固定頻率量子比特的微波激發(fā)三比特門(mén)方案，該方案利用比特的三階非線性調(diào)制的四階混頻過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了|001>-|110>態(tài)的相干交換。結(jié)合相位補(bǔ)償優(yōu)化技術(shù)，數(shù)值模擬表明其平均量子門(mén)保真度可超過(guò) 99.9%。系統(tǒng)誤差分析發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)長(zhǎng)程 ZZ 耦合是多量子比特系統(tǒng)中的主要誤差源，這一誤差可通過(guò)在大失諧區(qū)(約 1GHz)調(diào)控來(lái)抑制。該方案在考慮退相干情況下仍能保持超過(guò) 98% 的量子過(guò)程保真度，同時(shí)對(duì)比特參數(shù)變化具有內(nèi)在穩(wěn)健性，且與現(xiàn)有的全微波兩比特門(mén)兼容。這一硬件高效的方案在改善相干特性、減少頻譜擁擠、擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)工具庫(kù)的同時(shí)為含噪中等規(guī)模量子(NISQ)時(shí)代構(gòu)建高保真度量子門(mén)提供了有力支持，進(jìn)而有效推動(dòng)了可擴(kuò)展量子計(jì)算系統(tǒng)的發(fā)展。
 

　　該論文第一作者為量子院博士后趙魁，通訊作者為量子院兼聘/物理所范桁研究員、許凱副研究員和物理所博士后時(shí)運(yùn)豪，其他作者還包括物理所博士生馬衛(wèi)國(guó)以及量子院博士后王子婷、李浩和助理研究員黃凱旋等。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技創(chuàng)新2030、北京市科技新星計(jì)劃、北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心和中國(guó)博士后科學(xué)基金等支持。