利用能階退化工程抑制殘餘ZZ耦合並實現快速雙量子位門的Kerr-cat量子位

Khái niệm cốt lõi

提出一種利用能階退化工程抑制殘餘ZZ耦合並實現快速RZZ(-π/2)門的Kerr-cat量子位耦合方案。

Tóm tắt

本文提出了一種利用能階退化工程抑制殘餘ZZ耦合並實現快速RZZ(-π/2)門的Kerr-cat量子位耦合方案。
首先,作者解釋了ZZ耦合與兩量子位系統能階退化的關係。通過使四個相關狀態四重退化,可以抑制ZZ耦合。部分解除退化則可以實現RZZ門。
作者提出了一個由兩個Kerr參量振盪器和一個可調諧諧振器組成的系統模型。通過調節諧振器頻率,可以實現四個相關狀態的四重退化,從而抑制ZZ耦合。進一步調節偏置磁通,可以部分解除退化,實現RZZ(-π/2)門。
數值模擬結果表明,該方案可以將殘餘ZZ耦合抑制到遠低於之前報導的方案,並在25 ns內實現99.999%以上的RZZ(-π/2)門保真度(忽略退相干)。這是因為該方案直接關注整個系統的能階,而之前的方案關注有效哈密頓量的能階,因此本方案可以更精確地控制ZZ耦合。
該方案也可應用於基於SNAIL的Kerr-cat量子位。與表面碼量子錯誤糾正相結合將是一個有趣的未來工作。

Thống kê

利用本方案,可以在25 ns內實現99.999%以上的RZZ(-π/2)門保真度(忽略退相干)。

Trích dẫn

"通過使四個相關狀態四重退化,可以抑制ZZ耦合。"
"部分解除退化則可以實現RZZ門。"
"該方案可以將殘餘ZZ耦合抑制到遠低於之前報導的方案。"

Thông tin chi tiết chính được chắt lọc từ

Residual-$ZZ$-coupling suppression and fast two-qubit gate for Kerr-cat qubits based on level-degeneracy engineering

by Takaaki Aoki... lúc arxiv.org 10-02-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.00431.pdf

Yêu cầu sâu hơn

如何將本方案與表面碼量子錯誤糾正相結合,實現大規模量子計算?

本方案中提出的Kerr-cat量子位的ZZ耦合方案，透過調整能級的退化性來實現快速且高保真度的RZZ門，這一特性使其非常適合與表面碼量子錯誤糾正技術相結合。表面碼是一種基於拓撲的量子錯誤糾正方法，能夠有效地處理局部錯誤，並且在大規模量子計算中具有良好的可擴展性。
將本方案與表面碼結合的關鍵在於利用Kerr-cat量子位的長壽命和抗噪聲特性，這使得量子位能夠在進行錯誤糾正過程中保持穩定。具體而言，可以設計一個量子計算架構，其中Kerr-cat量子位作為邏輯量子位，並利用RZZ門進行量子邏輯操作。透過表面碼的編碼和解碼過程，能夠在量子計算中實現高效的錯誤檢測和糾正，從而提高整體計算的可靠性和穩定性。

如何進一步提高RZZ門的保真度,以應對實際的退相干效應?

為了進一步提高RZZ門的保真度，應對實際的退相干效應，可以考慮以下幾個策略：

優化控制脈衝：通過精確調整控制脈衝的形狀和持續時間，可以減少非絕熱過渡的影響，從而提高RZZ門的保真度。使用更高階的脈衝設計，如Gaussian脈衝或其他自適應脈衝，可以有效降低系統的非理想行為。

增加量子位的退相干時間：選擇具有更長退相干時間的量子位材料和設計，能夠在量子操作過程中減少退相干效應的影響。Kerr-cat量子位本身就具有較長的壽命，進一步優化其設計和操作環境（如降低溫度和電磁干擾）將有助於提高保真度。

實施動態糾錯：在量子計算過程中實施動態糾錯技術，能夠即時檢測和修正錯誤，從而提高量子邏輯門的整體保真度。這可以與表面碼相結合，形成一個更為強大的錯誤糾正框架。

本方案是否可以應用於其他類型的量子位,如超導非線性不對稱電感元件(SNAIL)量子位?

是的，本方案中的ZZ耦合抑制技術和基於能級退化的RZZ門設計可以應用於其他類型的量子位，包括超導非線性不對稱電感元件(SNAIL)量子位。SNAIL量子位具有獨特的非線性特性，能夠在量子計算中提供更高的靈活性和效率。
具體而言，SNAIL量子位的設計可以利用本方案中提出的調整耦合強度和能級退化的方法，來實現高效的量子邏輯操作。透過調整SNAIL的參數，可以實現類似的ZZ耦合抑制，從而減少量子位之間的非期望耦合，並提高多量子位操作的保真度。
此外，SNAIL量子位的特性使其在實現更複雜的量子邏輯門和量子算法方面具有潛力，因此將本方案與SNAIL量子位結合，將有助於推動量子計算技術的進一步發展。