西安交大科研人员在超导量子电路调控领域取得新突破

超导量子电路系统（circuit-QED）是实现化大规模量子计算最有潜力的平台之一。近些年来超导量子芯片的可计算比特数目越来越多，随之带来的问题是如何选择性地进行比特耦合，从而避免信息处理过程中的串扰。一个较为实用的方案就是在二维布线的量子芯片上实现可调的比特手性耦合。但是如何破坏比特和量子通道相互作用的空间对称性，进而实现手性，一直是未被解决的难题。

图-1利用巨型原子多点干涉实现手性束缚态

最近，西安交通大学物理学院量子光学与量子信息团队王信副教授和李宏荣教授研究发现，通过借助circuit-QED特有的巨型原子效应，系统空间对称性会被量子波函数的干涉效应破坏。该机制也是首次在理论上被揭示。基于该效应，可以实现超导量子比特和光子晶体波导的手性束缚态（如图-1所示）。研究表明，束缚态的手征参数可以接近于1。利用该方法可以很好地实现超导量子比特的定向耦合（如图-2所示）。更重要的是，该方案中的手性耦合强度和方向可以任意调节。这为可扩展的大规模量子计算提供了新的思路。

图-2 基于手性束缚态的定向量子比特耦合

上述研究成果以“Tunable Chiral Bound States with Giant Atoms”为题发表在国际顶级物理期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。王信副教授和李宏荣教授分别为第一作者和第四作者。参与此工作的还有日本理化学研究所的刘涛博士、Franco Nori教授和来自查尔莫斯理工大学的Anton Frisk Kockum博士。该研究受到国家自然科学基金、中国博士后基金、日本科学技术振兴机构科学项目等项目的支持。

在访问日本理化学研究所期间，王信副教授在超导量子计算领域积极和对方单位展开合作。除以上工作外，在如何利用绝热捷径实现大尺度薛定谔猫态也取得了积极进展，相关研究发表在国际顶级物理期刊《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett. 126, 042360），王信为该研究成果的第三作者。

文章连接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.043602

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.023602

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