于利希团队以6.8纳秒实现保真度超过99.98%的transmon门

来自于利希、亚琛和科隆的研究人员在《自然·通讯》上报告了超快单量子比特门，所用脉冲方法可抑制多光子泄漏。

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于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）的物理学家与亚琛工业大学和科隆大学合作，在一个超导量子比特上用6.8纳秒完成了单量子比特操作，精度超过99.98%。这一成果以Ultrafast single-qubit gates through multi-photon transition removal为题发表在《自然·通讯》上，依靠的是一种塑造微波控制脉冲的新方法。据于利希新闻稿，超导机器上的此类操作通常需要几十纳秒。

发布了什么

两个基本门在于利希Helmholtz Nano Facility制造的单个transmon量子比特上运行，每个门由一个6.8纳秒的微波脉冲驱动。研究所称，测得的保真度分别为99.981%和99.989%，量子比特泄漏到更高能级的概率每次操作低于0.002%。Quantum Computing Report指出这两个门是X和X/2，保真度通过交错随机基准测试测得。这项工作在由于利希协调的德国国家联盟QSOLID框架内完成。

技术细节

速度之所以重要，是因为量子比特只能在短时间内保持状态：更快的门能让更多操作（包括纠错循环）在这段时间内完成。但更短的脉冲必须更强，而transmon在用于计算的两个能级之上还有更高能级。于利希团队发现，强而快的脉冲不只会把量子比特推高一层，还可能通过多光子跃迁推高两三层；新闻稿称这一效应此前被忽视，它可能持续多个计算步骤并干扰纠错。

新方法R2D建立在DRAG之上，后者是沿用十多年的标准脉冲校正技术。R2D对脉冲进行整形，滤除引发不需要跃迁的频率分量，同时仍完成预期操作。研究人员表示，与标准方法相比，R2D把多光子跃迁的概率降低了20倍以上。QCR报道，剩余门误差受退相干限制，而非控制误差。

实验工作由彼得·格林贝格研究所PGI-13的Yuan Gao和Rami Barends领导，理论部分由PGI-8的José da Costa Jesus、Francisco Cárdenas-López和Felix Motzoi完成。

为何重要

在不牺牲精度的前提下提高门速度，可以在量子比特退相干之前给纠错方案留出更多余量；抑制泄漏尤其有价值，因为泄漏态很难被标准码处理。

后续关注

研究人员强调，该技术目前只在单个孤立量子比特上测试过。后续实验需要证明它在串扰和频率拥挤成为问题的更大处理器中、以及在双量子比特操作中是否依然有效。