APL | 南京理工大学物理学院激光测量与信息感知团队：基于实际微波脉冲散射的非局域超导量子比特之间预报式W态纠缠制备方法

量子计算作为备受瞩目的量子信息技术之一，受限于一些因素，单个量子计算单元内可单独控制和相互耦合的量子比特数量存在可预见的极限。为了解决这一问题，将量子计算单元置于量子网络中的分布式量子计算机可以实现大型量子计算，成为扩大量子计算能力的一种有效途径。同时，超导电路是实现量子计算的主流平台之一，超导量子比特的各项性能日益优异；并且非局域W态纠缠在粒子丢失时表现出鲁棒性，并对全局退相位噪声鲁棒，在量子信息处理和多方量子通信中起着重要作用。近日，南京理工大学激光测量与信息感知团队在非局域超导量子比特之间的W态制备方面取得重要进展，在Applied Physics Letters上发表了题为“Heralded and robust W-state generation for distant superconducting qubits with practical microwave pulse scattering”的研究论文。

非局域W态制备方案和性能分析

      该研究利用具有高斯脉冲模式的弱微波脉冲与大失谐腔内的transmon量子比特之间的色散型相互作用，提出了一种鲁棒的实用化非局域W态纠缠制备方法。基于色散耦合条件下的弱微波脉冲散射，该研究可以实现弱微波脉冲与腔内transmon量子比特之间的类CNOT门操作以及对微波光子数宇称的量子非破坏性探测。通过数值分析多光子态和微波光子探测器的暗计数等因素的影响，该研究设计了一种性能与理想微波光子探测器相当的高性能探测单元，并基于此提出了非理想探测器和弱微波脉冲条件下实现高保真度的非局域超导量子比特W态纠缠的制备方法。在实际参数下，该方法可制备多达50个非局域超导量子比特之间的W态，相应保真度均在表面码纠错阈值之上。此外，该方法具有预报特性，可直接扩展用于制备多节点量子网络中的其他类型多体纠缠态。

      该研究为分布式多节点固态量子网络技术的发展提供了一种简单且鲁棒的新方法，有望在未来的量子通信和量子计算等领域发挥重要作用。

      南京理工大学激光测量与信息感知团队长期专注于激光测距与成像、复杂介质光传输、光场调控与量子探测等领域的基础研究、关键技术攻关和工程化应用研究。该团队是学校“光学工程”和“物理学”两个一级学科及“半导体微纳结构与量子信息感知”工信部重点实验室和“江苏省半导体器件光电混合集成工程研究中心”的重要组成部分。作为该团队的主要成员之一，李涛副教授与中国人民解放军陆军工程大学的王艺敏副教授等长期合作，其研究兴趣还包括固态量子信息处理、量子通信网络、量子度量与广义量子测量以及非厄米光学等领域。