来源:中国科学技术大学新闻网 中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在高保真度量子比特读出方面取得重要进展,提出了不同于传统思路的新型自旋电荷转化方法,将“脆弱”的自旋量子态信息转移到“皮实”的电荷状态上,从而实现更高保真度的量子比特读出。该研究成果以"High-fidelity single-shot readout of single electron spin in diamond with spin-to-charge conversion"为题,发表在近期的《自然-通讯》上[Nature Communications 12, 1529 (2021)]。量子计算发展到今天,在某些特定问题上已经初步展示了对经典计算机的量子优越性。下一阶段的重要里程碑是可容错量子计算,其前提是量子逻辑门和量子比特读出等环节的保真度超越容错阈值。在先前工作中,中国科大杜江峰团队基于金刚石氮-空位(NV)色心实现了突破容错阈值的高保真度量子逻辑门[Nat. Commun. 6, 8748 (2015)],保持着室温固态体系量子逻辑门保真度的最高世界纪录。在本工作中,该团队瞄准了高保真度量子比特读出这一目标。日常生活中,我们若是一时看不清纸上的字,只需要多看一眼,或者更技术地讲,增加测量时间,就能分辨出字形。这里一个看起来很天然的前提是,无论我们盯着读多久,纸上的字都不会被“读坏”。在微观世界里,事情就没这么容易了。测量伊始,量子比特首先会发生0+1叠加态的坍缩。所谓读出,就是测量比特到底坍缩到了0态还是1态。但是量子比特太脆弱,我们通常的读出手段对它们来说还是有些粗暴,哪怕是几个光子打上去都可能造成0和1态之间的翻转,最终造成读出误差。实现高保真度的量子比特读出,要求测量对系统的扰动尽量微小,在量子比特状态被破坏之前得到高质量信号。