半导体量子点中自旋量子比特的多样化两量子比特门集

为了实现大规模量子信息处理，两量子比特操作的理想方案应能在给定硬件和物理相互作用下实现多种操作。然而，对于半导体量子点中的自旋量子比特，常见的两量子比特操作（包括CPhase门、SWAP门和CROT门）是在不同的参数区域和控制波形下实现的，这给同时实现它们带来了挑战。这里，利用自旋量子比特之间固有的海森堡相互作用，我们提出并验证了一种快速复合两量子比特门方案，以扩展可用的两量子比特门类型并降低对器件特性的要求。除了先前提出的CPhase（受控相位）门和SWAP门之外，理论结果表明，iSWAP族门和费米子模拟（fSim）门集也可用于自旋量子比特。同时，我们的门方案将所有基本两量子比特门的参数要求限制在一个共同的J~ΔE_Z区域，便于它们的同时实现。此外，我们展示了复合门方案的初步实验演示，观察到测量结果与模拟结果之间的极好匹配。借助这种通用的复合门方案，广谱两量子比特操作使我们能够有效利用硬件和底层物理资源，有助于加速和拓宽即将到来的含噪中等规模量子（NISQ）计算的范围。