分子与Rydberg原子混合阵列中的量子计算

我们展示了与Rydberg原子相互作用的极性分子阵列是一种用于可扩展量子计算的有前景的混合系统。量子信息存储在分子的长寿命超精细或转动态中，这些态通过与被Rydberg原子的共振偶极-偶极相互作用间接相互作用。基于该相互作用的两量子比特门时长为1 $\mu$s，可实现保真度为99.9%。该门对粒子的运动态几乎不敏感——分子可处于热态，原子在Rydberg激发期间无需被囚禁，该门不加热分子，且原子的加热影响可忽略。在大型静态阵列中，该门可应用于相隔数十微米的任意分子对，使方案具有高度可扩展性。分子-原子相互作用也可用于快速量子比特初始化和高效、非破坏性量子比特读出，而无需驱动任何分子跃迁。单量子比特门仅使用微波脉冲驱动，利用转动态间强电偶极跃迁。因此，大规模量子计算所需的所有操作均可不移动分子或将其激发出基电子态而完成。