基于自旋的热浴算法冷却：综述与展望

多轮量子纠错（QEC）的应用是构建可扩展量子信息处理设备的重要里程碑。然而，其实验实现仍处于起步阶段。多轮QEC的要求是高控制保真度以及从辅助量子比特中提取熵的能力。基于核磁共振（NMR）的量子器件已展示出高达12个量子比特的高控制保真度。另一方面，NMR QEC实验中的主要挑战是在每轮QEC开始时高效提供处于高纯态的辅助量子比特。在NMR或其他基于系综的量子系统中，量子比特的纯化可通过热浴算法冷却（HBAC）实现。这是一种从与热浴相互作用的量子比特中提取熵的高效方法，允许冷却至低于热浴温度。对于实用HBAC，耦合电子-核自旋系统比传统NMR量子处理器更有前景，因为在相同实验条件下电子自旋极化率约为质子的 $10^3$ 倍。我们综述了聚焦于自旋和基于磁共振系统的HBAC理论与实验两方面，并讨论了利用电子-核耦合系统实现HBAC和多轮QEC的前景。