利用光谱噪声量子发射器实现可扩展的光子介导双量子比特门

当两个量子比特通过腔耦合时，可以在近共振区域内在由量子比特与腔耦合强度确定的时间尺度上实现双量子比特门，也可以在色散区域内在由耦合强度和量子比特与腔之间频率失谐共同确定的更长时间尺度上实现。当量子比特存在光谱噪声或与腔的失谐不同时，两种情况下操作的保真度都可能急剧降低，从而阻碍可扩展的实现。我们引入了最优腔使能门协议（POCEG），通过可靠的数值和解析解证明，该协议能够克服量子比特间的光谱差异，并在不同/有噪声的量子发射器之间实现高保真度。即，对于低阻尼率的腔，我们以腔的频率向量子比特施加脉冲序列，同时周期性地调制量子比特与腔的耦合。或者，在高阻尼率的情况下，我们在色散区域工作，并通过施加频率远失谐于腔的脉冲来克服光谱差异。在两种情况下，我们都发现，对于两个量子比特之间的量子态转移，在适度的脉冲间延迟下，原本会被量子比特光谱失配强烈抑制的保真度可以提高到99.9%以上。这些协议有能力将固态系统间的双量子比特门推进到容错量子计算所需的阈值之上。