基于囚禁里德伯离子的快速原生三量子比特门与容错量子纠错

囚禁离子是最有前景的量子信息处理平台之一，但由集体运动介导的传统纠缠门仍然缓慢且难以扩展。将囚禁离子激发到高 lying 电子里德伯态为克服这些限制提供了有前景的途径，通过支持强长程偶极-偶极相互作用来实现更快的多量子比特操作。在这里，我们提出了第一个通过优化单脉冲协议（考虑有限里德伯态寿命）来实现原生受控-受控-Z 门的方案，该方案使用微波修饰的里德伯离子。所得门在现实条件下实现了超过 97% 的保真度，执行时间约 2 微秒（低温条件下）。为探索囚禁里德伯离子在容错量子纠错中的潜力，并展示三量子比特里德伯离子门在此上下文中的效用，我们开发并分析了使用九量子比特 Bacon-Shor 码进行容错、无测量量子纠错的方案。我们的模拟证实，尽管量子比特连接性有限，量子纠错仍可在线性里德伯离子链上以完全容错的方式执行。这些结果确立了原生多量子比特里德伯离子门作为快速、高保真度量子计算的有价值资源，并突显了其在容错量子纠错中的潜力。