基于 ZZ 耦合参数化微波控制的超导量子比特间快速、可调、高保真度 cZ 门

未来的量子信息处理器需要能够在两个或多个量子比特之间产生高保真度逻辑门的可调耦合架构。参数化耦合是一种在许多量子比特之间产生可调相互作用的强大技术。在此，我们提出了一种具有高度灵活性的超导量子比特参数化耦合方案，该方案可完全消除残余 $ZZ$ 耦合，并实现受驱 SWAP 或无 SWAP 的受控-$Z$（c$Z$）门。我们完全集成的二维片上耦合器设计仅具有弱磁通可调性，抵消了量子比特间的静态线性耦合，避免了耦合器内部动力学或激发，并且可扩展至多量子比特 circuit-QED 系统。通过探索门保真度与门时长的关系，我们最大化了双量子比特门保真度，同时深入了解了这些门可能的误差来源。数小时的随机基准测试表明，参数化 SWAP c$Z$ 门在 70~ns 的门时长内实现了 $99.44\pm 0.09$\% 的平均保真度，而色散驱动的参量无 SWAP c$Z$ 门在仅 30~ns 内达到了 $99.47\pm 0.07$\% 的平均保真度。该保真度在超过 8~小时内保持高于此值，并两次达到峰值，最高为 $99.67\pm 0.14$\%。总体而言，我们的参数化方法在一个紧凑的耦合器设计中结合了通用性、精确性、速度和高性能。