《Physical Review A》：超导线路中一步实现非绝热几何fSim门

近日，我院量子信息与量子模拟团队在非绝热几何量子计算方面取得重要进展：相关研究成果以“One-step implementation of a nonadiabatic geometric fSim gate in superconducting circuits”为题，发表在国际知名物理类期刊《Physical Review A》上。郑州大学为第一单位，我院博士研究生云梦茹为第一作者。

fSim门作为CZ门与iSWAP门的结合门，在经典计算机上模拟成本很高，是Google悬铃木芯片中实现量子霸权的首选门操作[Nature 574, 505–510 (2019)]，也是超导量子比特仿真模拟可行性的一个指标性门。由于CZ门和iSWAP门实现所需的频率条件不同，实现fSim门都是通过两步来实现的。并且，在量子门的实现过程中，控制参数波动和由环境引起的退相干会导致门的保真度降低。一步实现对这些因素具有鲁棒性的fSim门仍然是一个未解决的问题。文章中提出了在可调超导电路中一步实现由非绝热和乐CZ门和非绝热非循环几何iSWAP门组成的非绝热几何fSim门。与传统方案相比，该方案只需要一半的时间，对环境噪声导致的退相干不敏感，并且几何相位只依赖于演化的整体特征而不依赖于演化细节，一步非绝热几何fSim具有对控制误差波动有天然的鲁棒性。数值模拟结果证明了我们的结论。此外，该方案不需要复杂的控制，因此在实验中非常容易实现，并且可以在各种电路结构中实现。该方案可能为量子计算和模拟提供一条有力的候选。

该工作得到了国家自然科学基金、河南省重大科技专项的支持。

全文链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.110.022608

图   1   （a）超导回路示意图。（b）每个比特的能级结构。