[发明专利]利用附近量子比特的相干控制器的主动稳定化

说明书

本公开的各方面描述了涉及使用附近量子比特的相干控制器的主动稳定化的技术。在一个方面，描述了一种用于使量子比特中的相位阻尼稳定的量子信息处理QIP系统，其提供第一和第二量子比特离子，使用第二量子比特离子测量磁场波动，并基于所测量的磁场波动产生一或多个磁场，所述一或多个磁场被施加到所述第一量子比特离子附近以抵消所述磁场波动，从而使第一量子比特离子的相位阻尼稳定。另一个这样的QIP系统执行提供第一和第二量子比特离子，将局部振荡器锁定到与第二量子比特离子相关联的频率参照，并使用局部振荡器基于频率参照来跟踪第一量子比特的频率。还描述了与这些QIP系统相关的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年6月29日提交的美国专利申请号17/362,810的优先权，后者又要求2020年6月30日提交的的美国临时申请号63/046,559的优先权和权益，这两个申请的名称均为“ACTIVE STABILIZATION OF COHERENT CONTROLLERS USING NEARBY QUBITS”，它们各自的内容通过引用整体并入本文。

政府许可权

本发明是在陆军研究办公室(ARO)授予的W911NF-18-0218号奖金和情报高级研究项目活动(IARPA)授予的3130638号奖金的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本公开的方面一般涉及可能导致量子比特退化的机制的控制，更具体地说，涉及使用附近量子比特对的相干控制器的主动稳定化的技术。

背景技术

与其他固态量子比特(例如超导量子比特)相比，原子超精细量子比特的独特在于只要量子比特可以完全隔离，量子比特的质量(例如，量子比特随时间的稳定性)就可以接近完美。代表量子比特退化的两种机制，即由弛豫时间T₁测量的振幅阻尼和由弛豫时刻T₂测量的相位阻尼，通常受到各种系统参数的限制。T₁和T₂的持续时间越短，量子比特不足够稳定以用于执行量子计算的持续时间就越短。

因此，需要开发技术使T₁和T₂的持续时间更长，以提高用于量子计算中的量子比特的稳定性。

发明内容

以下对一或多个方面进行了简要概述，以提供对这些方面的基本理解。该概述不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在识别所有方面的关键或关键元素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一或多个方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前奏。

在本公开的一个方面，描述了一种用于使量子比特中相位阻尼稳定的方法，该方法包括提供第一量子比特离子和第二量子比特离子，使用第二量子比特离子测量磁场波动，并基于所测量的磁场波动产生一或多个磁场，所述一或多个磁场被施加到所述第一量子比特离子附近以抵消所述磁场波动，从而使第一量子比特离子的相位阻尼稳定。

在本公开的另一方面，描述了一种囚禁离子量子信息处理(QIP)系统，该系统包括至少一个具有第一量子比特离子和第二量子比特离子的离子阱，一或多个线圈，和用于使量子比特中的相位阻尼稳定的稳定器，其中所述稳定器被配置为：使用所述第二量子比特离子测量磁场波动；以及使用所述一或多个线圈基于所测量的磁场波动产生一或多个磁场，所述一或多个磁场被施加到所述第一量子比特离子附近以抵消所述磁场波动，从而使所述第一量子比特离子的相位阻尼稳定。

在本公开的另一方面，描述了一种用于使量子比特中的相位阻尼稳定的方法，该方法包括提供第一量子比特离子和第二量子比特离子，将局部振荡器锁定到与所述第二量子比特离子相关联的频率参照，以及使用所述局部振荡器基于所述频率参照来跟踪所述第一量子比特离子的频率。