基于超导量子系统的任意量子比特信道生成

IMAGE: 基于超导量子系统的可重复量子信道生成示意图。 view more 

Credit: ©《中国科学》杂志社

量子开放系统的演化和控制是量子力学和量子信息理论的研究基础。由于环境的影响，实际物理系统中量子比特的演化不再是幺正演化，而是用量子信道来描述。在实验中对量子信道的研究不仅可以加深我们对量子开放系统演化的理解，还可以提高我们对开放量子系统控制的能力，有助于量子信息和量子计算的研究。因此，如何实现对一个量子比特的任意操控，即实现量子比特任意量子信道的生成，具有非常重要的意义。

最近，清华大学的孙麓岩课题组与中国科学技术大学的邹长铃合作，在超导量子系统中实现了量子比特的任意量子信道的生成，实现了单比特的任意操控。通过一个三维超导微波腔和超导transmon量子比特耦合的实验体统，将超导微波腔视为目标量子比特，将超导transmon作为辅助量子比特，可以实现任意量子信道的模拟。值得一提的是，他们采用了一种新颖的实验方案来实现完全的开放量子系统操控，仅仅需要一个辅助量子比特和实时量子反馈技术。该方案还可以进一步推广到更高维度的量子系统的信道生成，节省量子资源。这种基于实时量子反馈技术的量子信道生成，可以确定性的模拟任意的物理环境中量子态的演化或制备任意量子混态，在量子计算和量子模拟中具有重要意义和应用前景。

该项目由国家科技部重点研发计划 (2017YFA0304303)，国家自然科学基金委(11474177)，以及安徽省量子信息技术引导专项 (AHY130000)提供支持。

更多详情请阅原文：

Ling Hu, Xianghao Mu, Weizhou Cai, Yuwei Ma, Yuan Xu, Haiyan Wang, Yipu Song, Chang-Ling Zou, Luyan Sun. Experimental repetitive quantum channel simulation, Science Bulletin, 2018, 63(23):1551–1557, doi: 10.1016/j.scib.2018.11.010

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927318305292

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