上海微系統所等在超導芯片中量子態制備中取得進展

近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所林志榮和王鎮團隊，聯合德國斯圖加特大學博士魯勇、瑞典查爾姆斯理工大學教授Per Delsing、日本東京理科大學教授蔡兆申，利用片上集成的超導量子電路，提出并實驗驗證了一種快速制備和儲存薛定諤貓態的方法。10月11日，相關成果以Fast generation of Schr?dinger cat states using a Kerr-tunable superconducting resonator為題，發表在《自然-通訊》（Nature Communications 2023, Vol. 14, pp. 6358）上。

量子糾錯是量子計算領域中的重要研究方向，其核心原理在于通過擴展量子態編碼的Hilbert空間，實時探測態分布，以檢測和糾正潛在的量子位錯誤。這種技術在量子計算中對于維護和保護量子信息的完整性至關重要。薛定諤貓態編碼是精巧的玻色編碼方案，在多維Hilbert空間中儲存了量子信息，而不需要增加硬件復雜度，同時面對光子損耗時表現出強大的魯棒性，因此被視為實現量子糾錯的重要方案之一。通常，薛定諤貓態的制備依賴于高品質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模和操作速度。該團隊通過快速調制超導微波諧振腔的非線性系數，在二維超導量子芯片上實現了薛定諤貓態的快速制備、測量和儲存，為可擴展化的量子糾錯提供了新的薛定諤貓態制備方案。

研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、上海市科學技術委員會和廣東省重點領域研發計劃等的支持。

圖1. 超導量子電路原理圖

圖2. 薛定諤貓態的Wigner函數測量值與理論值