耦合超导磁通量子比特中快速高保真量子门的最优控制

我们应用基于Krotov方法的量子最优控制理论，为具有固定量子比特跃迁频率和固定非对角量子比特-量子比特耦合的感应耦合超导磁通量子比特实现单量子比特X门和Z门以及两量子比特CNOT门。我们的方案与其他直接耦合方案具有相同优势，不需要额外的耦合器子电路和控制线。所需的控制线仅用于操纵单个量子比特（例如，施加在每个量子比特上的时变磁通或磁场）。量子比特在最优相干点运行，门操作时间（单量子比特门<1 ns；CNOT门~2 ns）远短于相应的量子比特退相干时间。CNOT门或其他通用量子门可以通过单次脉冲序列实现，而不是通过复合脉冲序列分解为多个单量子比特和纠缠两量子比特操作的串联。通过我们的方案构建的量子门都具有非常高的保真度（非常低的误差），因为我们的最优控制方案考虑了固定的量子比特失谐和固定的两量子比特相互作用，以及所有其他时变磁场诱导的单量子比特相互作用和两量子比特耦合。还讨论了泄漏到更高能级态的影响以及量子比特退相干对量子门操作的影响。