张文献课题组提出量子开放系统的单轴动力学解耦方法
新闻网讯（通讯员张一飞）物理科学与技术学院张文献教授课题组与清华大学尤力教授合作，从理论上提出了单轴动力学解耦方法，并通过数值模拟在半导体量子点和旋量玻色－爱因斯坦凝聚体中论证了该方法的可行性。
该论文发表在 Physical Review Letters （《物理评论快报》）上，题目为 Uniaxial Dynamical Decoupling for an Open Quantum System （《量子开放系统的单轴动力学解耦》） ，武汉大学物理科学与技术学院为第一署名单位，物理科学与技术学院2015级硕士生姚琪和2016级博士生张军分别为第一作者和第二作者，张文献为通讯作者。
在开放系统中，量子体系与环境的耦合会导致系统退相干，对量子门操作、量子信息处理以及量子高精密测量带来负面影响。传统实验通常使用双轴动力学解耦技术抑制环境噪声，被广泛应用于量子寄存器和量子门操作等量子计算机科学。为了保持相干性，本工作提出了单轴动力学解耦的新方法，只需施加单轴的脉冲序列，在满足魔幻条件下，能够延长体系的相干时间2个数量级以上；通过对称化、嵌套等手段，有望进一步提高解耦效果，提高其鲁棒性。
上图展示了单轴动力学解耦的基本过程：（Ⅰ）选定任意初态的量子比特（绿色箭头所示），绕Z轴（外加磁场方向）旋转一周（蓝色圈，磁场大小与演化时间满足魔幻条件）；（Ⅱ）利用脉冲使量子比特绕Y轴旋转180度；（Ⅲ）绕Z轴旋转一周（魔幻条件）；（Ⅳ）重复步骤（Ⅱ），实现初态的高保真存储。
上图展示抑制经典噪声的效果（旋量玻色－爱因斯坦凝聚体），初态分别是相干态（图a和图b）和压缩态（图c和图d）。
上图展示在半导体量子点中抑制量子环境噪声。结果显示，单轴动力学解耦技术比通常的双轴PDD解耦技术和自旋回波技术效果更好。
与传统的双轴技术相比，单轴动力学解耦技术一方面在实验操作上更简单且脉冲数目更少，避免了额外的操作误差；另一方面在解耦效果上也优于标准的双轴解耦方案（PDD）。该单轴动力学解耦技术可适用于诸多量子体系 (半导体量子点、金刚石NV色心、核磁体系、超导量子线路、离子阱、旋量玻色－爱因斯坦凝聚体)，有望在量子精密测量、量子计算机和量子信息处理等领域得到实际应用。
该工作得到了国家自然科学基金和科技部基金的支持。
原文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.010408
（编辑：陈丽霞）