基于混合量子系统的囚禁电子基态冷却与单声子读出的可行性研究

长相干时间与快速量子操作相结合的量子比特，是实现高保真量子操作及其在量子技术中应用的长久追求目标。由保罗陷阱在真空中悬浮的电子有望成为一个良好候选，因其质量轻因而具有高的 secular 频率，可实现比囚禁离子更快的门操作。控制囚禁电子的运动态是关键问题，因为它介导电子自旋（内禀于电子中的量子比特）之间的相互作用，且其退相干会导致双量子比特门保真度下降。此外，鉴于利用运动态探测自旋态的可能性，对运动态的高效读出十分重要。尽管十分重要，如何实现运动基态及如何高效探测此前未见报道。本文提出利用涉及电子-超导电路与电子-离子耦合系统的混合量子系统来解决这些问题的方法，并分析了方案的可行性。在两种系统中，我们均表明囚禁电子运动态的基态冷却与单声子读出是可能的。我们的工作为精确控制囚禁电子运动态指明了道路，其为量子技术发展提供了一个有趣的实验平台。