近日，华南师范大学物理与电信工程学院薛正远研究员理论课题组与清华大学量子信息中心孙麓岩副教授实验研究组合作，在超导电路中演示了和乐量子门操作的新方法。该研究成果以Single-Loop Realization of Arbitrary Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Quantum Gates in a Superconducting Circuit为题发表在《Physical Review Letters》上[Phys. Rev. Lett. 121, 110501, (2018)]。《Physical Review Letters》是美国物理学会出版的物理学顶尖期刊。该论文共同通讯作者为薛正远研究员、清华大学量子信息中心尹章琦助理研究员和孙麓岩副教授，薛正远研究员指导的硕士研究生陈涛同学参与了该论文理论部分的研究工作。

基于约瑟夫森结的超导量子比特，在可操控性和可扩展性等方面都具有很大的优势，是目前国际上公认的最有希望实现量子计算的几个物理系统之一。众所周知，对操控噪声不敏感的高保真度量子逻辑操控是实现大规模量子计算的关键。几何量子计算是利用几何相位来实现量子逻辑门操作的量子计算策略，其特点是利用几何位相的整体几何性质来避免某些局域无规噪声的影响，从而实现高保真度的量子逻辑门。因此，基于阿贝尔和非阿贝尔几何相位的几何与和乐量子操控是量子物理和量子信息领域中非常重要的研究课题。

单比特和乐门的随机基准（RB）结果：（a）参照和插入RB实验门序列，（b）不同RB实验的量子门保真度随量子门序列数的衰减图。（c）单光子和乐量子门操作的态层析结果。

基于薛正远研究员提出的理论方案，孙麓岩副教授研究组利用超导量子比特与经典和量子化微波光场间的相互作用，通过哈密顿量参数空间的单圈演化，实现了对超导比特和微波光子的任意非绝热和乐单比特量子门，门保真度分别达到99.6%和97.8%。与前期实验相比，我们的实验方案仅通过单圈演化即可实现任意的单比特量子门，简化了实际量子计算中所需量子门的个数，可望在通用量子计算等量子信息领域发挥重要作用。

此项研究得到国家重点研发展计划和国家自然科学基金项目的支持。

论文链接： https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.110501