【儀表網 研發快訊】 近日，北京量子信息科學研究院(以下簡稱“量子院”)智能量子計算與模擬團隊聯合中國科學院物理研究所(以下簡稱“物理所”)等單位，提出了一種微波激發的高保真度三比特門方案。該方案基于大失諧固定頻率架構，集成了全微波操作、易擴展特性、良好參數容忍度、良好退相干表現等優勢，為未來高保真度三比特門的實現提供了有效技術路徑。2025年9月24日，該成果以“Microwave-activated high-fidelity three-qubit gate scheme for fixed-frequency superconducting qubits”為題發表于《Physical Review Applied》。
可擴展超導量子處理器需要平衡相干性、控制復雜度和頻譜擁擠等多個關鍵約束條件。固定頻率架構通過全微波操作抑制磁通噪聲并簡化控制過程，但仍受殘余 ZZ 串擾的限制。研究團隊提出了一種適用于大失諧條件下固定頻率量子比特的微波激發三比特門方案，該方案利用比特的三階非線性調制的四階混頻過程，實現了|001>-|110>態的相干交換。結合相位補償優化技術，數值模擬表明其平均量子門保真度可超過 99.9%。系統誤差分析發現，靜態長程 ZZ 耦合是多量子比特系統中的主要誤差源，這一誤差可通過在大失諧區(約 1GHz)調控來抑制。該方案在考慮退相干情況下仍能保持超過 98% 的量子過程保真度，同時對比特參數變化具有內在穩健性，且與現有的全微波兩比特門兼容。這一硬件高效的方案在改善相干特性、減少頻譜擁擠、擴充實驗工具庫的同時為含噪中等規模量子(NISQ)時代構建高保真度量子門提供了有力支持，進而有效推動了可擴展量子計算系統的發展。
該論文第一作者為量子院博士后趙魁，通訊作者為量子院兼聘/物理所范桁研究員、許凱副研究員和物理所博士后時運豪，其他作者還包括物理所博士生馬衛國以及量子院博士后王子婷、李浩和助理研究員黃凱旋等。該工作得到國家自然科學基金委、科技創新2030、北京市科技新星計劃、北京凝聚態物理國家研究中心和中國博士后科學基金等支持。
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