量子场的循环利用与单量子比特旋转的最优态

我们引入了一族量子化场态，这些态可以从布洛赫球上的一个特定态开始，对二能级原子执行精确的（无纠缠且无误差的）旋转。我们讨论了这些态与最近引入的“跨相干态”之间的异同。我们的场态具有在旋转后保持不变的特性，并且我们发现它们是当一个场与一系列相同制备的辅助原子相互作用时获得的渐近态。最近提出的一种方案 [npj Quantum Information 3:17 (2017)] 作为一种在与二能级原子相互作用后“恢复”场态的方法，以便之后重复使用，从而降低连续量子逻辑操作的能量需求。我们推广了该方案，以找到任意旋转的最优脉冲，并分析研究了如果辅助原子处于混合态而非纯态时会发生什么。与原始方案中的数值结果一致，我们发现只要辅助原子制备误差很小（量级为 $1/\bar n$，其中 $\bar n$ 是所考虑脉冲中的平均原子数），它只会在恢复脉冲的性能中引入高阶误差。