近期我院量子信息团队针对超导量子电路中的多噪声错误缓解问题提出了非绝热几何量子门调控方案，相关成果以“基于超导量子比特的复合脉冲非绝热几何量子门”(Nonadiabatic geometric quantum gates by composite pulses based on superconducting qubits)为题被Nature Index期刊《Physical Review A》杂志接收发表。

大规模的容错量子计算要求高精度操作，然而，在超导量子电路上实现门操作时，系统中存在的多种控制噪声会显著降低量子门的控制保真度，考虑到环境中的退相干效应，情况会变得更加糟糕。基于几何量子相位设计的几何量子计算被认为是一种有效减少量子门误差的方法。量子相位包含动力学相位与几何相位，与传统的动力学相位相比，几何相位依赖于演化的全局特性，对某些局部误差具有天然的鲁棒性。因此，几何量子门被认为是能够有效避免量子门噪声影响的很好选择。

图1：(a)-(c)设计的几何量子门在布洛赫球上的循环演化轨迹图。(d)-(e)超导Transmon量子比特的能级示意图。

另一方面，常规非绝热几何量子门通常只能对某一种特定的噪声具有鲁棒性，难以实现对多种噪声的同步抑制。针对此问题，研究团队提出了一种实现优化几何门的通用框架，其中的演化路径是通过使用一系列新的优化复合脉冲来实现的。相应的优化几何门的演化路径如图1中(a)和(c)所示。这些复合脉冲可以降低几何门对失谐噪声的敏感性，同时不会引入额外的拉比频率噪声。图2所示为超导Transmon量子比特的数值模拟结果。结果表明，在实验相关退相干水平下，所设计的优化几何门可以同时有效缓解超导量子电路中的拉比噪声和失谐噪声。团队的研究结果为多噪声情况下的具有容错的几何量子计算打下了坚实基础。

论文作者：方梓宇（硕士生），徐海（硕士生，共同一作），陈涛（通讯作者，华南师范大学），韦克金（副教授），张程贤（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.109.042615。