仅交换的硅基自旋量子比特: 电荷噪声、PINN 优化脉冲序列与门级保真度

仅交换(EO)自旋量子比特在硅中实现，通过成对的海森堡交换相互作用实现全电气化量子比特控制，因而具有可扩展量子计算的吸引力。其主要脆弱性是电荷噪声，其与交换耦合成乘积式耦合，导致门保真度下降。在本工作中，我们提出了一种两阶段物理信息神经网络(PINN)框架，用于 per-gate 脉冲优化。在阶段I(迭代1--100)中，PINN最大化噪声平均门保真度，以$\Fth=0.99$为阈值；脉冲持续时间保持固定于其 nominal 硬件值。一旦达到阈值，阶段II(迭代101--250)通过持续细调脉冲形状参数， progressively 压缩总脉冲时间，同时维持$F\geq\Fth$。成本函数是对 $N_{\rm real}=2000$ 个准静态高斯噪声实现的蒙特卡洛集合平均均方误差(MSE)。我们对 single-qubit 门集合$\{X,Y,Z,H\}$和 two-qubit 门集合$\{X,Y,Z,H,\mathrm{CX}\}$进行基准测试，噪声水平$\sigmaJ/J\in\{1\%,5\%,10\%\}$。所有 single-qubit 门在所有噪声水平下在前100次迭代内达到$\Fth$；阶段II随后将脉冲持续时间缩短10--40%。two-qubit 门遵循相同的两相行为，CX 门在1%噪声下将其 nominal 值从\SI{31}{\nano\second}压缩至约\SI{22}{\nano\second}。