涨落环境中二能级系统的自主相干性保护

我们重新审视了由[R. Finkelstein 等人, Phys. Rev. X 11, 011008 (2021)]推广的一种方案,其最初目的是消除非相互作用二能级系统(量子比特)系综中的静态多普勒增宽效应。该方案涉及在量子比特能级与辅助能级之间同时施加红失谐与蓝失谐驱动,通过仔细选择驱动振幅与失谐量,驱动诱导的能级移动可精确补偿非均匀静态多普勒诱导的频率移动——从而有效消除非均匀多普勒增宽。我们证明该方案远为强大,还可保护单个(甚至系综)量子比特的能级免受依赖于时间与空间的噪声影响:同一方案可大幅降低由时间涨落环境诱导的退相位噪声效应。作为示例,我们研究了针对许多物理系统中出现的两类非马尔可夫环境的保护:高斯噪声与非高斯噪声——随机电报噪声。通过数值模拟,我们展示了在涨落环境中量子比特的自旋相干时间 $T_2^*$ 提升三个数量级,以及其初始漂移频率的重新聚焦。这一仅使用两个驱动的相同方案可作用于量子比特集合,同时并行地提供时间与空间稳定化,从而产生一批高质量、近乎一致的量子比特,可用于量子计算与量子传感等许多量子技术,并有望更早实现容错量子计算。