基于固态自旋量子比特的高保真度量子逻辑门的实验研究
[Abstract]:As a new information processing method, quantum computing can effectively deal with many difficult problems such as large number decomposition and so on by using the principle of quantum mechanics. In order to realize the practical large-scale quantum computation, it is necessary to implement the fault-tolerant quantum computation by error correcting coding, which requires the fidelity of the quantum logic gates to be higher than a certain fault-tolerant threshold. Fault-tolerant threshold is very strict to the fidelity of quantum logic gates. Taking surface code as an example, it is generally considered that the fidelity of quantum logic gates should be above 0.99. However, the quantum properties of physical systems are easily affected by noise. How to realize high fidelity quantum logic gates under the influence of noise has become a major challenge for many systems to realize quantum computing. Based on diamond NV color center, an important candidate system for quantum computing, we have studied experimentally the method of suppressing noise and realizing high fidelity quantum logic gate. A single-bit quantum logic gate with a fidelity of up to 0.99995 and a two-bit quantum logic gate with a fidelity of 0.992 are realized in the diamond NV color center system. The fidelity of these quantum logic gates not only meets the threshold requirements of surface code for fidelity, but also is the highest level of fidelity of quantum logic gates in solid-state spin systems so far. The main content of this thesis is to introduce the main results of our experimental research on high fidelity metric sub-logic gate in diamond NV color center system, including the following three works: 1. Experimental verification and implementation of dynamic error correction quantum logic gate. By means of dynamic error correction quantum logic gate, the noise suppression level in the realization of quantum logic gate is 6 order in the world for the first time, and the coherence time which can be used to apply quantum logic gate breaks through T2 limit and reaches T _ (1 蟻) limit. 2. Universal quantum logic gates with fidelity up to the threshold of fault tolerance are realized. We have developed new methods and techniques such as combined pulse, optimal control, waveform calibration, etc. The NV color center system in diamond with natural abundance of ~ (13) C at room temperature has achieved single-bit quantum logic gates with fidelity up to 0.99995 and two-bit quantum logic gates with fidelity 0.992. The universal quantum logic gate with optimal time is realized experimentally. In this paper, we apply quantum steepest descent line equation to diamond NV color center system. The universal quantum logic gate is realized in the world for the first time in a time-optimal manner. The realized quantum logic gate not only has a fidelity of up to 0.99, but also shortens the time significantly compared with the conventional method.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O413
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,本文编号:2189709
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