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2019-09-20
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我们的工作“Experimental demonstration of suppressing residual geometric dephasing”发表于 Science Bulletin。我们在单个囚禁 171Yb+ 离子上，利用改进的动力学解耦序列有效抑制了残余几何退相干——这一效应是实现高保真几何量子门的重要障碍。
残余几何退相干问题
几何相位（Berry 相位）只依赖演化路径的几何性质，而不依赖具体的动力学过程，因此为容错量子信息处理提供了一条有前景的路径。然而，环境噪声导致的退相干会破坏几何相位。传统的自旋回波（SE）和 CPMG 等动力学解耦序列可以消除动力学退相干，却无法降低残余几何退相干，后者限制了高精度几何量子操控。
我们的方案
我们设计了改进的动力学解耦序列，精确选择 Bloch 球上相邻绝热演化路径的角度。通过调整 SE 和 CPMG 序列中的倾角，使连续演化区段中积累的几何退相干相互抵消。具体包括两种方案：
- 改进的 SE 序列：为相邻演化区段选取不同的倾角，使几何退相干贡献相互抵消。
- 改进的 CPMG 序列：将绝热演化路径分为四个部分，并插入交换作用的 π 脉冲，使净几何退相干为零。
实验结果
在残余几何退相干占主导的条件下，改进序列相比传统动力学解耦序列将退相干速率降低了一个数量级以上。我们还研究了噪声强度和关联时间对量子系统相干性的影响，验证了这些方法在较宽噪声条件范围内的有效性。
图 1. Bloch 球上哈密顿量 H 的演化及相应几何相位。（a）哈密顿量 H 与 z 轴夹角为 θ，绕 z 轴演化，同时积累动力学相位和几何相位。（b）自旋回波方案使哈密顿量沿相反方向转动，消除动力学相位并获得纯几何相位。