通过非均匀控制在光晶格中实现鲁棒的位点分辨量子门

光晶格中的超冷原子是量子信息科学的重要平台，自然地适用于多体物理的量子模拟，并为可扩展量子计算机提供了一条可能的路径。为了充分发挥其潜力，必须能够对单个晶格位点的原子进行量子控制和测量。迄今为止，这一挑战已通过结合高分辨率显微镜和共振寻址来解决，从而实现了位点分辨成像和自旋翻转。在此，我们表明，借用非均匀控制领域的方法可以大幅提高光晶格中共振寻址的性能，使我们能够以最小的邻近位点串扰针对所需位点实现任意单量子比特门，并显著提高对晶格位置不确定性的鲁棒性。我们进一步演示了利用单个全局控制波形在相邻位点同时实现不同的门。通过双脉冲 Ramsey interrogation 验证了相干性，并使用随机基准测试测得平均门保真度约为 95%。我们这种基于控制以减少串扰并提高鲁棒性的方法广泛适用于各种几何结构的光晶格，也可能适用于其他量子信息处理平台，如离子阱和金刚石中的氮 - 空位中心。