雙軌量子比特晶片。研究團隊供圖
本報訊（記者刁雯蕙）3月6日，深圳國際量子研究院鐘有鵬、俞大鵬團隊在超導量子計算領域首次實現了基於雙軌編碼的邏輯多量子比特糾纏。相關研究成果發表於《自然-物理》。
近年來，擦除量子比特作為一種新興的硬體高效方案受到廣泛關注。在超導量子電路中，實現擦除量子比特的一種重要方案是雙軌編碼。該方案在單比特邏輯操作中具備優勢，但如何在多量子比特層面實現高品質的邏輯糾纏和邏輯門操作，仍是覈心挑戰。
為此，研究團隊基於雙軌超導量子比特架構，在可擴展的平面transmon量子晶片上，首次實現了邏輯多量子比特的高保真度糾纏生成。每個雙軌邏輯量子比特由一對可調transmon組成，利用其單激發子空間進行資訊編碼。該設計可將能量弛豫錯誤轉換為可檢測的擦除錯誤，同時利用兩個transmon之間的强耦合產生類似被動動力學解耦的效果，顯著抑制退相干雜訊。實驗測得邏輯量子比特的相干時間接近1毫秒，較底層物理量子比特提升一個數量級以上；邏輯單比特量子門誤差低至10-5量級。
團隊進一步實現了邏輯量子比特之間的可調耦合，首次演示了雙軌架構下高保真度的邏輯兩比特門，並基於這些邏輯門生成了邏輯貝爾態和三量子比特GHZ糾纏態。值得注意的是，邏輯貝爾態的糾纏壽命較物理貝爾態提升約一個數量級，充分體現了雙軌編碼結合擦除檢測對量子資訊的保護能力。
該研究首次在多量子比特層面實現了超導量子電路中雙軌量子比特的邏輯糾纏與邏輯門操作，證明該體系不僅在單比特層面具備雜訊偏置優勢，而且能够擴展到多比特邏輯操作，向可擴展容錯量子計算邁出了關鍵一步。