自旋系统新奇量子态的制备、估计与保护

本论文探讨在 NMR 量子信息处理器上，两比特和三比特新奇量子态的制备、估计与保持。利用最大似然假设，我们开发了一种态估计方法，使得重构的密度矩阵不具有负特征值，且误差处于有效密度算符空间内。由于与环境的相互作用，系统中会发生不需要的变化，从而导致退相干。控制退相干是构建量子计算机所需克服的最大挑战之一。我们采用了几种实验策略将量子系统与其环境解耦。这些策略基于我们对系统-环境相互作用的了解程度以及我们希望保持的态。我们首先考虑这样一种情况：我们知晓系统状态，但对其与环境的相互作用一无所知。在此情况下，我们展示了 super-Zeno 方案在处理退相干方面的有效性。接着，我们考虑仅已知系统状态所属子空间的情况。为应对这种情况，我们使用了嵌套 Uhrig 动力学解耦方案。下一步，我们考虑对系统状态及其与环境相互作用均有了解的情况。在此类情况下，由于噪声模型已知，可以显式设计解耦策略以消除该噪声。利用这些解耦策略，我们在实验上延长了两比特 Bell 对角态的时间不变 discord 的寿命，并在显著程度上保持了三个 NMR 比特的纠缠。