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东京大学+美因茨大学:世界首个光学GKP逻辑量子比特

日期: 2024-01-18 | LQ: 1

量子系统: GKP Propagating Light

机构: University of Tokyo (Furusawa Group), Johannes Gutenberg University Mainz (van Loock Group), Palacký University Olomouc, National Institute of Information and Communications Technology (NICT), RIKEN

首次将GKP(Gottesman-Kitaev-Preskill)逻辑量子比特编码进单个传播光脉冲,在通信波长、室温条件下实现。这是光量子计算的历史性里程碑,但误差率仍超过容错阈值,归类为阈下LQ。

2024年1月,由古泽明(东京大学)和彼得·范·卢克(约翰内斯·古腾堡大学美因茨)领导的合作团队,与帕拉茨基大学奥洛穆茨、NICT和理化学研究所(RIKEN)的研究人员共同,在传播光中实现了世界首个GKP逻辑量子比特。成果以Konno等人的"Logical states for fault-tolerant quantum computation with propagating light"发表于Science(第383卷,第6680期,第289–293页,2024-01-18)。

在此之前,GKP编码仅在超导电路(苏黎世联邦理工学院,2019年)和离子阱(NIST,2019年)中实现,光学领域因缺乏状态制备所需的强光学非线性而数十年来无法突破。

团队通过制备薛定谔猫态,仅使用线性光学元件将其整形为GKP态,然后用与NICT共同开发的超导纳米线单光子探测器(SNSPD,量子效率~75%,时间抖动70 ps)进行投影测量。系统使用通信波长光,无需冷却,完全在室温下运行。

实验将1个逻辑量子比特编码进单个光脉冲。但作者明确指出,误差率「不足以实现容错量子计算」——逻辑结构正确,但误差率超过容错阈值,因此归类为阈下逻辑量子比特。

参数
逻辑量子比特数1(阈下)
物理量子比特1(单个光脉冲)
编码方式GKP / 连续变量
波长通信波长
工作温度室温
发表期刊Science 383, 289 (2024)

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