我院薛正远研究组在几何量子计算领域取得重要进展
我院薛正远研究员理论研究组与清华大学孙麓岩教授实验研究组合作，在超导量子系统中首次实现了基于几何相位的完备量子逻辑门组合，并实验验证了几何量子门抗噪的特性。6月11日，该成果《Experimental Implementation of Universal Nonadiabatic Geometric Quantum Gates in a Superconducting Circuit》在线发表于《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 124, 230503 (2020)]杂志上。
量子计算是基于量子力学规律调控量子信息单元进行计算的一种新型计算模型，在某些问题的处理能力上比经典计算有指数级别的提升，是当前世界科技前沿的热点之一。实现高保真度、强鲁棒性的量子逻辑门是实现大规模量子计算的关键。几何量子计算利用几何相位的整体性质避免某些局域噪声对量子操作的影响，从而实现高保真度的量子逻辑门。因此，基于几何相位的量子操控是量子信息处理领域中非常重要的研究课题。近年来，几何相位已经在实验上得到了演示，然而普适几何量子计算依然是个难题。
2018年，薛正远研究组提出在二维电容耦合超导比特链上实现完备非绝热几何量子计算的理论方案[Phys. Rev. Appl. 10, 054051 (2018)]。数值模拟结果显示，方案在现有的实验参数下，可以达到非常高的保真度。同时，解析证明和数值验证了几何量子操控对比特频率漂移误差比动力学操控的鲁棒性更好。

现在，他们进一步简化方案，与清华大学孙麓岩教授实验组合作，在一维超导量子芯片上首次实验实现了完备非绝热几何量子计算，取得了高保真度的几何量子门，如图1所示。同时，该实验也首次实验验证了几何量子门对控制误差以及频率漂移噪声这两种主要量子门误差来源的鲁棒性都优于动力学门。如图2所示，实验结果表明在某种量子噪声条件下，对于任意的量子操作，总可以找到合适的演化路径使构造的几何量子门对该噪声的鲁棒性能够好于动力学量子门。

该实验实现是几何量子计算领域的一个重要进展，证明了几何量子门性能的优势，为大规模量子计算的实现提供了更好的备选方案。

论文共同通讯作者为薛正远研究员和孙麓岩副教授。清华大学交叉信息研究院直博生徐源（现为南方科技大学徐源助理研究员）、华子越以及我院硕博连读研究生陈涛为此论文的共同第一作者。

此研究得到了国家重点基础研究发展计划（2016YFA0301803）、国家自然科学基金（11874156），以及广东省重点研发计划项目（2018B030326001）的资助。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.230503