光分数量子霍尔态的诱导自稳定机制

纳米尺度量子光学与超导量子比特领域的最新进展，使得构建强关联甚至具有拓扑序的光子态成为现实可能。这些态中许多具有能隙并表现出任意子激发，可用于实现稳健的量子信息处理。然而，尽管已有许多用于工程化这些系统哈密顿量的量子比特阵列提案，但如何使这些光子量子模拟器的多体基态在光子损耗下保持稳定，这一问题在很大程度上仍未得到解答。我们在此提出了一种简单的机制，能够针对阿贝尔与非阿贝尔光分数量子霍尔态实现这一目标。我们的构造利用均匀的双光子驱动场，将主晶格的量子比特与一个辅助的“影子”晶格相耦合，该影子晶格由损耗率远快于主量子模拟器量子比特的量子比特组成。这种耦合使得由光子损耗产生的空穴态被迅速填补，并且系统的多体能隙阻止了在达到强关联基态后进一步注入光子。因此，分数量子霍尔态（带有少量瞬态准空穴激发）是系统最稳定的态，所有其他组态都将随时间弛豫至该态。本文描述的物理机制可在电路 QED 架构中实现，且我们方案成功所需的器件参数处于当前技术可及范围内。我们还提出了一个简单的 6 量子比特器件，可在不久的将来轻松构建，作为我们方案的概念验证。