利用复合脉冲实现单重态 - 三重态自旋量子比特的鲁棒量子门

我们提出了 SUPCODE 方法的全面理论处理，这是一种通过使用精心设计的软脉冲序列来生成动态校正量子门操作的方法，这些操作对环境中的随机噪声具有免疫力。SUPCODE 即使在控制场被限制为正值且单轴的情况下也能实现动态误差抑制，使其特别适用于抵消受这些限制的系统（如单重态 - 三重态量子比特）中的噪声效应。我们详细描述并解释了如何为任意单量子比特门生成 SUPCODE 脉冲序列，并提供了几种实现常用门（包括单量子比特 Clifford 门）的序列显式示例。我们通过级联鲁棒单量子比特门，为两个交换耦合的单重态 - 三重态量子比特开发了抗噪声双量子比特门序列，与先前工作相比，门时间减少了 35%。这种级联方法可以扩展以产生任意长度自旋量子比特阵列的门，因此与可扩展量子计算架构相关。为了更准确地描述真实的自旋量子比特实验，我们展示了如何设计包含额外特征和实际约束（如特定样品的电荷噪声模型和有限脉冲上升时间）的序列。我们提供了基于随机基准测试的详细分析，以展示 SUPCODE 门在现实 $1/f^\alpha$ 噪声下的表现，并发现门保真度强烈依赖于指数 $\alpha$，在 $\alpha>1$ 时性能最佳。因此，我们的 SUPCODE 序列可用于实现鲁棒的通用量子计算，同时适应单重态 - 三重态量子比特的基本约束和实验现实。