近日，我院在实现基于几何量子操作的量子克隆机方面取得进展，相关成果以Simple Construction of Rydberg Quantum Cloning Machines Via Nonadiabatic Geometric Quantum Operations为题，发表在国际知名物理类期刊《Physical Review A》上。我院梁二军教授的博士生朱小瑜为论文的第一作者，梁二军教授为通讯作者，闫磊磊研究员和苏石磊副教授参与共同指导，郑州大学为第一通讯单位。

由于量子克隆可用于对量子密钥分发协议进行安全性分析或攻击，高保真的近似量子克隆机近年受到广泛关注。

文章中提出了一种构建快速、鲁棒的量子克隆机的方案。利用优化的非绝热量子几何量子操作，我们可以将之前方案所需的二十余步操作缩短为单步，大大简化了量子克隆机的操作步骤。在考虑系统误差及退相干的情况下，我们方案中所实现的三种克隆机末态（三比特纠缠态）与理想态之间的相似度分别为99.59%，99.92%，99.58%；我们也在相同的体系中实现了之前的量子克隆方案，克隆机实现的态与理想态之间的相似度分别为99.01%，99.11%，99.05%。通过对比发现我们构造的克隆机方案具有明显优势。

该方案首次将优化的非绝热几何量子操作用于构造近似量子克隆机，增强了量子克隆机对控制误差和退相干的鲁棒性，为实验实现鲁棒的量子克隆机提供了理论参考。

图1：方案中的克隆机线路图。

图2：方案中实现通用量子克隆机、相位协变克隆机和实态克隆机所需要制备的三比特纠缠的保真度随时间的变化关系。该三比特纠缠态是基于优化的非绝热量子几何门实现的。数值模拟表明，方案中通用量子克隆机、相位协变克隆机和实态克隆机所对应的三比特纠缠态末时刻保真度分别为99.59%，99.92%，99.58%。

论文链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.106.052419