上海微系統(tǒng)所等在超導(dǎo)芯片中量子態(tài)制備中取得進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所林志榮和王鎮(zhèn)團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合德國(guó)斯圖加特大學(xué)博士魯勇、瑞典查爾姆斯理工大學(xué)教授Per Delsing、日本東京理科大學(xué)教授蔡兆申，利用片上集成的超導(dǎo)量子電路，提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種快速制備和儲(chǔ)存薛定諤貓態(tài)的方法。10月11日，相關(guān)成果以Fast generation of Schr?dinger cat states using a Kerr-tunable superconducting resonator為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications 2023, Vol. 14, pp. 6358）上。

量子糾錯(cuò)是量子計(jì)算領(lǐng)域中的重要研究方向，其核心原理在于通過(guò)擴(kuò)展量子態(tài)編碼的Hilbert空間，實(shí)時(shí)探測(cè)態(tài)分布，以檢測(cè)和糾正潛在的量子位錯(cuò)誤。這種技術(shù)在量子計(jì)算中對(duì)于維護(hù)和保護(hù)量子信息的完整性至關(guān)重要。薛定諤貓態(tài)編碼是精巧的玻色編碼方案，在多維Hilbert空間中儲(chǔ)存了量子信息，而不需要增加硬件復(fù)雜度，同時(shí)面對(duì)光子損耗時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)大的魯棒性，因此被視為實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)的重要方案之一。通常，薛定諤貓態(tài)的制備依賴(lài)于高品質(zhì)的三維微波諧振腔或慢速絕熱演化，這限制了量子電路的規(guī)模和操作速度。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)快速調(diào)制超導(dǎo)微波諧振腔的非線性系數(shù)，在二維超導(dǎo)量子芯片上實(shí)現(xiàn)了薛定諤貓態(tài)的快速制備、測(cè)量和儲(chǔ)存，為可擴(kuò)展化的量子糾錯(cuò)提供了新的薛定諤貓態(tài)制備方案。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃等的支持。

圖1. 超導(dǎo)量子電路原理圖

圖2. 薛定諤貓態(tài)的Wigner函數(shù)測(cè)量值與理論值