《Chinese Physics Letters》：超绝热多光子Landau-Zener 效应

近日，我团队在多能级超导量子系统快速操控研究领域取得重要进展，相关成果以“Superadiabatic multi-photon Landau-Zener-Stückelberg-Majorana effect in a transmon qudit”为题发表在国际物理类重要期刊《Chinese Physics Letters》上，论文第一作者为24级博士研究生宋佩瑶，通讯作者为吴金雷副研究员和苏石磊教授。

多能级量子比特（qudit）为高维量子信息处理提供了更大的希尔伯特空间和更高的信息编码效率。其中，双光子Landau-Zener-Stückelberg-Majorana（LZSM）效应的观测，为跨非相邻能级的布居转移提供了鲁棒方案。然而，传统LZSM 过程依赖绝热条件，需要较长演化时间，易受退相干影响，成为制约高保真量子操控的关键瓶颈。

针对这一问题，团队在超导transmon qudit系统中提出了一种实现多光子LZSM过程的超绝热（Superadiabatic, SUAD）加速方案。该方法基于二阶绝热态理论构建新的等效驱动哈密顿量，通过重构原有微波驱动脉冲的时间包络，实现对非绝热误差的补偿。与常规反绝热控制不同，本方案无需引入额外辅助驱动场或新增控制通道，仅通过调制原有单频微波驱动的幅度与失谐，即可实现快速且稳定的量子态转移，具有灵活的实验可行性。数值模拟结果表明，在两光子跃迁情形下，该超绝热 LZSM方案可将操控时间从传统绝热过程的400 ns缩短至约100 ns，同时保持0.998的高保真度。在三光子过程下，加速倍数仍超过三倍，最终保真度达到0.996以上。在选取与实验工作相同的33 kHz衰减及退相率下，双光子过程保真度仍可保持在0.995以上，显著优于传统绝热LZSM方案，SUAD-LZSM方案对于多光子过程展现出更强的鲁棒性。该工作将超绝热框架引入多光子跨能级调控问题，为高维量子比特的快速操控提供了可扩展的新思路。

该项工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金以及中国博士后科学基金等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1088/0256-307X/43/4/040601