圆形里德伯原子内部的离子钟量子比特

被困在光镊中并激发到里德伯态的中性原子，以及被困离子，是量子模拟和量子计算中最先进的平台之一。当前的实验通常依赖相邻陷阱中的额外原子来编码辅助量子比特，用于局部操作和读出。在这里，我们展示了一个离子-里德伯双系统，包含编码在同一碱土金属原子的两个独立控制电子中的两个量子比特。第一个是微波量子比特，编码在一对圆形里德伯态中；第二个是光学量子比特，编码在里德伯原子离子芯的窄四极跃迁上。我们展示了光学量子比特的相干控制，并在动态解耦下实现了数百微秒的相干时间。此外，我们通过里德伯电子与离子芯之间的大间距上的静电四极相互作用，实现了两个电子之间的相干耦合，并绘制了其角度可调性。最后，我们演示了一个双量子比特操作，类似于Mølmer-Sørensen门，该操作通过四极耦合驱动的两个量子比特的纠缠态演化。我们的工作为利用一对具有可调耦合的独立控制电子量子比特进行量子模拟和量子计量开辟了道路。