近日，我院2016级本科生郭晨月在老师的指导下，在优化非绝热几何量子计算研究方面取得进展，相关成果以第一作者发表于物理类期刊Physical Review A 102, 042607 (2020)。论文的第一单位为郑州大学物理学院，论文通讯作者为我院苏石磊老师；合作作者为我院闫磊磊老师、延边大学张寿教授和诺丁汉大学李伟斌教授。

本文提出了一种基于单个控制里德堡原子和目标介观里德堡原子系综的非绝热和乐量子计算方案。数值模拟表明在理想情况下单控制比特、单逻辑比特及两比特受控非门的保真度分别达到0.9999、0.999和0.9971。另外文章基于不变量的逆向工程方法重新设计脉冲并和优化控制理论相结合，数值模拟表明即使拉比频率波动高达10%，量子门仍保持较高的保真度（单逻辑比特门为0.9998，受控非门高于0.999）。即该优化方案对系统误差也有很高的鲁棒性，并且还可以减少高阶微扰项带来的误差。这种改进在量子门的操作上是十分重要的。

图1 （左边）(a)(b)(c)(d)分别为控制比特与目标逻辑比特NHQC门的平均保真度。（右边）两比特NHQC门的平均保真度。

图1 （左边）(a)(b)不同优化参数下单逻辑比特非门的平均保真度。（右边）在不同的优化参数下两比特受控非门的平均保真度与系统误差的关系图。(a)没有考虑耗散；(b)考虑耗散。

方案主要有以下特点：(1)目标比特是里德堡原子系综，可以提升耦合强度，从而加速量子门操作。(2)基于里德堡原子系综实现非绝热和乐量子计算结合了几何相位和里德堡原子系综的优点，具有很高的保真度。(3)结合动力学不变量和优化控制理论进一步提高了系统的保真度及鲁棒性。本文的研究为实现介观里德堡和乐量子计算提供了一种新的鲁棒的方法，对量子模拟和量子计算做出了一定的贡献。

该工作得到了国家自然科学基金青年基金项目、中国博士后科学基金特别资助项目和郑州大学物理学科推进计划项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.102.042607