基于原子-腔系统的非绝热和乐量子计算
邢同昊, 仝殿民
山东大学物理学院, 济南 250100
摘要:量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门, 而获得高保真度量子门所面临的主要挑战之一是系统的控制误差。几何相具有仅依赖系统演化路径而与演化速度大小等细节无关的特点, 因此基于几何相设计的量子门具有抵抗系统控制误差的抗噪声性。 特别是, 基于非绝热非阿贝尔几何相设计的和乐量子门具有完全的几何性质, 并且不受绝热缓慢演化条件的限制, 受到了人们的广泛关注。本文提出了利用原子-腔系统实现非绝热和乐量子计算的方案。 以四能级原子的基态作为逻辑量子比特编码空间的基矢, 在激光脉冲的操控下, 通过公共腔模交换虚光子产生双原子基态和辅助状态之间的跃迁, 实现了两比特非绝热和乐受控相位门, 它与通过激光脉冲操控单原子实现的任意单比特非绝热和乐门一起组成了非绝热和乐量子计算的通用量子门。
关键词:量子计算, 几何相, 和乐量子计算, 原子-腔系统
量子计算具有超越经典计算机的运算能力, 能够解决经典计算机不能解决的困难问题, 比如大整数分解问题
[1]和非结构化数据的搜索问题
[2], 但量子计算机的实际应用依赖于高保真度的量子逻辑门, 而实现高保真度量子门所面临的主要挑战之一是系统的控制误差。由于几何相——包括Berry相
[3]、绝热非阿贝尔几何相
[4]、非绝热几何相
[5]和非绝热非阿贝尔几何相
[6]——具有仅依赖系统的演化路径而与演化速度大小等细节无关的特点, 因此基于几何相设计的量子门具有抵抗系统控制误差的抗噪声性。关于几何量子计算, 人们最早提出的是基于Berry相的绝热几何量子计算
[7],随后逐步发展提出了基于绝热非阿贝尔几何相的绝热和乐量子计算
[8,9]、基于非绝热几何相的非绝热几何量子计算
[10,11]和基于非绝热非阿贝尔几何相的非绝热和乐量子计算
[12,13]。与绝热几何或绝热和乐量子计算相比, 非绝热和乐量子计算不受绝热缓慢演化条件的限制, 可以实现快速演化; 与非绝热几何量子计算相比,非绝热和乐量子计算的通用量子门具有全几何性质,即演化算符矩阵整体是几何性的, 而非绝热几何量子门的几何性仅表现在相位参数上。
（来源：知网）
链接：
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=KXTB202023009&v=I6DeRTfBbvyZNfGZHXk9CfRc4RG03RtyJRcJTGuxP91ijrdlEtYj0YD5ekGx1lO4
