突破十小时相干性：基于无失配束缚离子钟量子比特
量子物理
2026-03-23 v1
摘要
量子系统有望 revolutionized 信息处理科学与技术[1-3]。量子相干性保持是量子比特的定义性特性，从而从根本上限制了利用量子记忆进行量子信息处理的性能[4]。虽然束缚原子离子理论上可实现基于自发辐射的百年级相干性[5-7]，但实际观测仅达到约一个小时[8-13]。本文通过将钟态量子比特与无失配子空间(DFS)编码相结合，实现了超过十小时的相干性。采用 171Yb+ 离子对通过 138Ba+ 离子进行共轨 cooling 的情况下，我们利用基于相关性的相位跟踪技术，实现了该相干性，不需要之前限制相干时间的磁场屏蔽或增强微波相位稳定。DFS 编码将量子比特相位参考至离子间能级差，以抗制微波相位噪声和共模磁场波动，而钟态则提供环境不敏感性。我们在延伸至 1600 秒的测量期间观察到相干性衰减极小，指数拟合结果表明相干时间为 (3.77 +/- 1.09) x 10^4 秒。我们的结果表明，DFS 编码是一种被动纠错形式，消除了技术噪声约束， unlocking 原子离子的百年级相干潜力，以实现可扩展的量子信息处理。
引用
@article{arxiv.2603.19631,
title = {Beyond-Ten-Hour Coherence in a Decoherence-Free Trapped-Ion Clock Qubit},
author = {Jiahao Pi and Xiangjia Liu and Junle Cao and Pengfei Wang and Lingfeng Ou and Erfu Gao and Hengchao Tu and Menglin Zou and Xiang Zhang and Junhua Zhang and Kihwan Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.19631},
year = {2026}
}