[发明专利]基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备方法及装置

权利要求书

1.一种基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将超导量子比特与超导传输线腔的选定模式共振耦合，同时将里德堡原子的两个里德堡态与超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔共振耦合，将超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔与超导传输线腔的选定模式共振耦合；所述超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔指的是超导平面波导腔和超导平面LC谐振腔中的任意一个；

调节超导量子比特和超导传输线腔的耦合强度g₁，以及里德堡原子和超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔的耦合强度g₂，使它们与超导传输线腔和超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔之间的耦合强度J满足的关系；

借助两个强微波驱动场，作用在超导量子比特上，实现非常规几何量子门，使量子比特之间产生有效的耦合；

选择特定的时间使得里德堡原子和超导比特态传输的时间演化算子对热态不敏感，完成最大纠缠态的制备。

2.如权利要求1所述的基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备方法，其特征在于，基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备的复合系统的哈密顿量在旋转波近似下表示为：

其中ω_ri＝ω_r是第i个腔的腔模频率，ω_qi＝ω_q是第i个量子比特的频率；时对应超导量子比特的上升算符，i＝2时对应里德堡原子的上升算符；和分别为超导传输线腔的腔模的产生湮灭算符；和分别为超导平面波导腔或者超导平面LC谐振腔的腔模的产生湮灭算符；g₁和g₂分别为超导量子比特和超导传输线腔的耦合强度以及里德堡原子和超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔的耦合强度；为第i个量子比特的泡利算符。

3.如权利要求2所述的基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备方法，其特征在于，超导传输线腔和超导平面波导腔/超导平面LC谐振腔共振耦合，描述耦合腔系统的缀饰态是非简并的，分别是带有频率f₁＝f+J和f₂＝f-J的两个本征模式，其中f为超导传输线腔和超导平面波导腔的频率，J为两个耦合腔之间的耦合强度；两个缀饰态的产生湮灭算符用两个裸腔腔模算符的对称和反对称叠加来描述，即和两个本征模同时与超导量子比特和里德堡量子比特耦合。

4.如权利要求3所述的基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备方法，其特征在于，根据算符和重写复合系统的哈密顿量为H_r＝H₁+H₂，其中：

在强驱动极限Ω＞＞{g_i，J}中，得到其中

由于H₁和H₂对易，演化算符可以分解为：

在t_n＝2nπ/J时演化算子对热态不敏感。

5.如权利要求1所述的基于超导量子比特和里德堡原子的纠缠态制备方法，其特征在于，每个本征模最初都处于平衡光子数分布为的混合态，是温度T时每个本征模的平均光子数，f_i为第i个腔的频率；为了减少纠缠态制备期间热光子的不利影响，在非常规几何量子门操作之前在量子比特中引入强驱动场，通过非常规几何量子门的方法消除热模对纠缠态制备的不良影响。