利用共振 SWAP 门在硅中实现量子信息的相干传输

基于硅量子点中自旋的固态量子处理器正成为量子信息处理的强大平台。高保真度的单量子比特和双量子比特门最近已被演示，且大规模可扩展的量子比特阵列现已可常规制备。然而，双量子比特门通过最近邻交换相互作用介导，这需要直接的波函数重叠。这限制了这些器件的整体连接性，是实现纠错、量子随机存取存储器和多量子比特量子算法的主要障碍。为扩展连接性，可利用量子 SWAP 门在器件内穿梭量子比特，但相位相干的 SWAP 尚未在硅器件中实现。在此，我们演示了一种新型的单步共振 SWAP 门。我们首先利用该门高效地初始化和读出我们的双量子点。随后我们展示，该门可在 100 ns 内移动自旋本征态，平均保真度 $\bar{F}_{SWAP}^p$ = 98%。最后，利用态层析成像和 Clifford 随机基准测试对任意双量子比特乘积态的传输进行了基准测试，在约 300 ns 的门操作时间内获得了 $\bar{F}_{SWAP}^c$ = 84% 的平均保真度。通过相干自旋传输，我们的共振 SWAP 门实现了非相邻量子比特的耦合，从而为利用硅自旋量子比特进行大规模实验铺平了道路。