在锗量子点中实现超过99.9%的高保真几何量子门
High-fidelity geometric quantum gates exceeding 99.9% in germanium quantum dots
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中文总结 AI 辅助
本研究在锗量子点中实现单空穴自旋量子比特，通过引入几何量子计算，使门保真度超过99.9%，并在宽拉比频率和失谐条件下保持高保真，展示了抗噪声的鲁棒操控方法。
中文摘要 AI 辅助
实现高保真且鲁棒的量子比特操控是实现容错量子计算的关键要求。在此，我们演示了锗量子点中的单空穴自旋量子比特，并使用门集断层扫描表征其控制保真度。I、X/2和Y/2门的最大控制保真度分别达到97.48%、99.81%和99.88%。这些结果表明，在门集断层扫描序列中连续I门期间的离共振噪声严重限制了量子比特性能。因此，我们引入几何量子计算来实现抗噪声的量子比特操控。在广泛的拉比频率范围内，几何门控制保真度保持在99%以上。最大保真度超过99.9%。此外，即使将微波频率失谐±2.5 MHz（±1.2 MHz），几何X/2和Y/2（I）门的保真度仍超过99%，突显了其抗噪声特性。这些结果表明，几何量子计算是在半导体量子计算中可重复实现高保真量子比特操控的潜在方法。
英文摘要
Achieving high-fidelity and robust qubit manipulations is a crucial requirement for realizing faulttolerant quantum computation. Here, we demonstrate a single-hole spin qubit in a germanium quantum dot and characterize its control fidelity using gate set tomography. The maximum control fidelities reach 97.48%, 99.81%, 99.88% for the I, X/2 and Y /2 gate, respectively. These results reveal that off-resonance noise during consecutive I gates in gate set tomography sequences severely limits qubit performance. Therefore, we introduce geometric quantum computation to realize noiseresilient qubit manipulation. The geometric gate control fidelities remain above 99% across a wide range of Rabi frequencies. The maximum fidelity surpasses 99.9%. Furthermore, the fidelities of geometric X/2 and Y /2 (I) gates exceed 99% even when detuning the microwave frequency by +-2.5 MHz (+-1.2 MHz), highlighting the noise-resilient feature. These results demonstrate that geometric quantum computation is a potential method for achieving high-fidelity qubit manipulation reproducibly in semiconductor quantum computation.
发表机构
- University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
- CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息科学与技术卓越中心）
- Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院微电子研究所）
- Beijing Superstring Academy of Memory Technology（北京超弦存储技术研究院）
- School of Physical Science and Technology, Guangxi University（广西大学物理科学与技术学院）
- QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学奎克与卡弗里纳米科学研究所）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
