中性镱 -171 原子中双量子比特编码的架构

我们提出了一种在中性镱 -171 原子的光学“钟”跃迁和核自旋 -1/2 自由度内编码两个量子比特的架构。受最近对该四维 ququart 空间内所有状态对的高保真度控制的启发，我们提供了一套工具箱，用于 ququart 内（单原子）单量子比特和双量子比特门、ququart 间（双原子）基于里德堡态的双量子比特和四量子比特门，以及量子非破坏性（QND）读取。随后，我们利用该工具箱展示了 ququart 编码在纠缠蒸馏和量子纠错方面的优势，由于需要更少的双原子（基于里德堡态）操作，这些优势表现出更高的硬件效率并在某些情况下具有更好的性能。最后，利用我们 ququart 编码中的单态 QND 读取，我们提出了一种研究交互式电路的独特方法，以及通过浅层恒深电路实现自旋 -1 链的对称性保护拓扑相的方法。这些应用均在近期中性镱 -171 原子阵列或几种囚禁离子物种的实验能力范围内。