猫态量子比特的耗散与哈密顿联合约束

利用偏置噪声量子比特的量子纠错可大幅降低通用容错量子计算的硬件开销。猫态量子比特是偏置噪声量子比特的一种有前景的实现，因其具有继承自量子谐振子相空间中非局域编码的指数级误差偏置。为将谐振子态约束于猫态量子比特流形，迄今主要考虑两种方法：具有高性能门操作的基于 Kerr 的哈密顿约束，以及针对广泛噪声机制具有稳健保护作用的耗散约束。我们引入一种基于双光子耗散与双光子交换（TPE）哈密顿的新联合耗散与哈密顿约束方案。TPE 哈密顿类似于 Kerr 非线性，但不同于 Kerr，它仅诱导偶光子和奇光子本征态之间有界区分，这一特性极有益于以耗散机制保护猫态量子比特。利用该联合约束方案，我们展示了相比耗散或哈密顿方案性能大幅改善的快速且保偏置的门操作。此外，该联合方案仅需对现有耗散猫态量子比特实验作微小修改即可实验实现。