金奇奂研究组刷新单量子比特相干时间纪录

近日，清华大学叉信息研究院金奇奂研究组在量子计算领域取得重要进展，首次在离子阱系统中实现了超过一个小时的单量子比特相干时间，刷新了此前的纪录。

提升量子系统的相干时间一直是量子科技领域的一项挑战。作为最有潜力实现通用量子计算机的平台之一，离子阱系统优势之一就是较长的相干时间。相干时间直接限制了量子计算机可以连续进行量子操作的最大次数，同时也是实现高保真度量子操作的前提条件。除量子计算外，相干时间对量子通讯以及量子精密测量领域也都具有重大意义。

该成果的研究论文“单离子量子比特实现超过一小时的拟合相干时间”（Single ion qubit with estimated coherence time exceeding one hour）于近日刊发于国际学术期刊《自然•通讯》。

此前，单离子量子比特的最长相干时间记录为该组实现的660秒，但是限制更长相干时间的原因依然不明确。在此基础上，这项工作明确了其限制因素主要为微波信号相位噪声，残余磁场涨落以及微波信号泄漏。该项工作将实验系统放置于双层磁屏蔽系统中减少环境磁场噪声与量子系统的耦合，通过增加激光以及微波信号隔离度，减少信号泄露对系统的干扰；通过优化本地微波振荡器的参考，降低微波信号相位噪声。为了进一步抑制噪声，该工作采用了动力学解耦技术，并根据噪声环境优化脉冲参数，进一步降低各类噪声源影响。最终量子比特相干时间提升到了5500秒，相较于之前有一个数量级的提升。此外该工作进一步详细分析并且量化了限制离子量子比特相干时间的其它因素，为进一步提升相干时间奠定了基础。

图1.实验系统示意图

图2.相干时间测量结果

该论文第一作者为交叉信息研究院博士生王鹏飞，通讯作者为金奇奂副教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生栾春阳、乔木、严马可。其他合作作者有南方科技大学助理研究员张君华、杜克大学博士后汪野、北京大学助理教授袁骁、新加坡南洋理工大学教授Mile Gu、北京量子信息科学研究院张静宁。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的资助与支持。（文/清华大学）