[发明专利]一种超导量子比特和里德堡原子量子态转移的方法及装置

说明书

本发明公开了一种超导量子比特和里德堡原子量子态转移的方法和装置，所述方法包括以下步骤：S1：50mK的制冷平台的第一超导量子比特与两端分别热锚定在50mK的制冷平台和1K或4K制冷平台的超导传输线腔耦合；S2：超导传输线腔与在1K或4K制冷平台的超导平面波导腔或超导平面LC谐振腔耦合；S3：1K或4K制冷平台的超导平面波导腔或超导平面LC谐振腔与里德堡原子耦合；S4：利用第二超导量子比特抽取超导传输线腔和超导平面波导腔或超导平面LC谐振腔组成的耦合腔系统中的热光子数。本发明实现了不同制冷平台的超导量子比特到里德堡原子的量子态转移，且突破了耦合腔系统中热光子对量子态转移的影响，实现了超导量子比特到里德堡原子高保真度的量子态转移。

技术领域

本发明涉及量子网络技术领域，尤其是涉及一种超导量子比特和里德堡原子量子态转移的方法及装置。

背景技术

超导电路和里德堡原子都可以用作量子比特，超导电路作为量子比特有操作速度快、可扩展性强等优点；里德堡原子作为量子比特有相干时间长等优点。超导量子比特和里德堡原子之间的量子态转移作为原子量子存储器的关键技术之一，在量子通信、量子网络等方面有广阔应用。

传统超导量子比特和里德堡原子之间量子态转移在稀释制冷机中的几十mK(毫开尔文)的制冷平台中进行。在屏蔽制冷机的光学窗口的时候，制冷平台的温度可以达到14mK，打开光学窗口时，制冷平台的温度升到70mK。受制备冷原子所需要的光学窗口和将冷原子激发到里德堡态所需要的高功率的激光影响，mK的制冷平台很难维持在它最低的温度，从而影响了超导量子比特的相干性；更进一步，将冷原子激发到里德堡态所需要的高功率激光的散射光会破坏库珀对导致准粒子增多，从而限制超导量子比特的相干时间。此外，制备冷原子所需要的非均匀梯度磁场引入额外的磁场噪声也会对超导量子比特的相干性产生不利影响。

2017年，科学家提出了一种通过热微波网络实现短距离量子通信的方法。该方法主要是使用冷却至4K的微波传输线实现两个20mK超导量子比特之间高保真度的量子态转移，这为构建强大的微波量子网络提供了新的可能性。

2018年，科学家通过利用在4K(开尔文)制冷平台的热超导平面波导腔同时与两个里德堡原子比特耦合，当热超导平面波导腔与两团原子的耦合强度相等时，可以实现高保真度的量子态转移。同时他们用一团额外的里德堡原子抽取热耦合腔中的热光子以提高热耦合腔与两团原子的耦合强度不等时的低转移效率，实现了两个里德堡原子比特之间高保真度的量子态转移，同时也展示了里德堡原子在4K制冷平台有更多的可操作性。

考虑到只是里德堡原子比特之间或超导量子比特之间高保真度的量子态转移满足不了实际应用的要求，确实有必要提出一种技术手段，以进一步优化超导量子比特和里德堡原子之间的量子态转移，一方面不会对50mK的制冷平台引入额外的热噪声和磁场噪声，另一方面可以用激光制备和操控里德堡原子，同时还可以实现超导量子比特和里德堡原子之间高保真度的量子态转移。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种超导量子比特和里德堡原子量子态转移的方法及装置，以利用在1K或4K制冷平台制备和操控里德堡原子不会对50mK制冷平台的超导量子比特引入额外的噪声，通过热耦合腔可以对两个量子比特进行量子态转移等特点，实现高保真度量子态转移的目的。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种超导量子比特和里德堡原子量子态转移的方法，包括如下步骤：

步骤S1：50mK的制冷平台的第一超导量子比特与两端分别热锚定在50mK的制冷平台和1K或4K制冷平台的超导传输线腔耦合；

步骤S2：超导传输线腔与在1K或4K制冷平台的超导平面波导腔或超导平面LC谐振腔耦合；

步骤S3：1K或4K制冷平台的超导平面波导腔或超导平面LC谐振腔与里德堡原子耦合；