囚禁离子双量子比特门的闭环控制

最先进的囚禁离子双量子比特门采用开环控制，依赖简化模型来预计算控制序列。我们的目标是引入双量子比特门的闭环控制，以在门实现过程中纠正干扰。我们在用于量子逻辑处理的离子链中引入一个旁观离子，它通过集体运动模式与其他离子耦合。通过驱动偶极跃迁并检测由此产生的荧光来连续监测旁观离子的位置。我们表明，引入旁观离子对于线性 Paul 阱实现是可行的，并且预计可将双量子比特门贝尔态制备保真度降低一个数量级，而位置监测的有害影响与系统中存在的热效应相比可以忽略不计，即使在不存在旁观离子的情况下也是如此。在数学上，我们通过一个随机量子主方程来描述包括旁观离子在内的驱动离子阱动力学，该方程涉及幅度调制多模运动耦合门、运动漂移、热效应、光子散射反冲、自发衰变和光移。我们的即时控制方法采用强化学习，奖励函数基于旁观离子的实际几何相位。我们方法的一个关键优势是，我们引入了一种控制方法，涉及“学习”并即时纠正阱中发生的干扰，从而实现高保真门。由于控制系统中参数漂移小，我们的方法将以降低校准开销的方式显著提高双量子比特门保真度。