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《Physical Review Letters》刊登張文獻教授課題組研究成果: 量子開放系統的單軸動力學解耦

來源:  發布時間:2019-02-26 16:03:00 點擊次數:

近期,我院張文獻教授課題組與清華大學尤力教授合作,從理論上提出了單軸動力學解耦方法,并通過數值模擬(在半導體量子點和旋量玻色-愛因斯坦凝聚體中)論證了該方法的可行性。該工作以 “Uniaxial Dynamical Decoupling for an Open Quantum System” 為題發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。論文第一署名單位是MG娱乐官网,第一作者和第二作者分別是我院2015級碩士生姚琪和2016級博士生張軍,張文獻教授為通訊作者。


    在開放系統中,量子體系與環境的耦合會導致系統退相干,對量子門操作、量子信息處理以及量子高精密測量帶來負面影響。傳統實驗通常使用雙軸動力學解耦技術抑制環境噪聲,被廣泛應用于量子寄存器和量子門操作等量子計算機科學。為了保持相干性,本工作提出了單軸動力學解耦的新方法,只需施加單軸的脈沖序列,在滿足魔幻條件下,能夠延長體系的相干時間2個數量級以上;通過對稱化、嵌套等手段,有望進一步提高解耦效果,提高其魯棒性。


    上左圖展示單軸動力學解耦的基本過程:(Ⅰ)選定任意初態的量子比特(綠色箭頭所示),繞Z軸(外加磁場方向)旋轉一周(藍色圈,磁場大小與演化時間滿足魔幻條件);(Ⅱ)利用脈沖使量子比特繞Y軸旋轉180度;(Ⅲ)繞Z軸旋轉一周(魔幻條件);(Ⅳ)重復步驟(Ⅱ),實現初態的高保真存儲。上右圖展示抑制經典噪聲的效果(旋量玻色-愛因斯坦凝聚體),初態分別是相干態(圖a和圖b)和壓縮態(圖c和圖d)。


    上圖展示在半導體量子點中抑制量子環境噪聲。結果顯示單軸動力學解耦技術比通常的雙軸PDD解耦技術和自旋回波技術效果更好。


與傳統的雙軸技術相比,單軸動力學解耦技術一方面在實驗操作上更簡單且脈沖數目更少,避免了額外的操作誤差;另一方面在解耦效果上也優于標準的雙軸解耦方案(PDD)。該單軸動力學解耦技術可適用于諸多量子體系 (半導體量子點、金剛石NV色心、核磁體系、超導量子線路、離子阱、旋量玻色-愛因斯坦凝聚體),有望在量子精密測量、量子計算機和量子信息處理等領域得到實際應用。


該工作得到了國家自然科學基金和科技部基金的支持。


附論文鏈接:




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