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进入纠错量子时代

Science Bulletin 2023年第10期68卷 961-963,M0003页

作者：陈子杰孙麓岩邹长铃 CAS Key Laboratory of Quantum Information University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China CAS Center For Excellence in Quantum Information and Quantum Physics University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Center for Quantum Information Institute for Interdisciplinary Information SciencesTsinghua UniversityBeijing 100084China Hefei National Laboratory Hefei 230088China

In the past few decades,control and engineering technologies have experienced rapid development in various quantum computation platforms,from the realization of single-qubit gates to the implementation of high-quality two-qubit gates,and from the fabrication of a few physical qubits to the integration,calibration,and control of exceeding 50 physical qubits on a single *** have arrived at the noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era[1],in which quantum systems with 50–100 noisy physical qubits can show superiority over classical systems in some applications,although the performance is limited by operation *** addition to finding valuable applications,another parallel and critical task is to scale up the system dimension and optimize the parameters to realize quantum error correction(QEC)to suppress *** experiments[2–5]on QEC reveal that we are entering the error-corrected quantum(ECQ)*** this paper,we are going to introduce these advancements and summarize the challenges in this era as shown in Fig.1.

关键词： quantum correction exceeding

超导量子计算中的玻色量子编码:量子纠错与逻辑比特操控的实验验证

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物理 2019年第7期48卷 456-458页

作者：胡玲邹长铃段路明孙麓岩清华大学交叉信息研究院北京100084 中国科学技术大学量子信息重点实验室合肥230026

众所周知,量子计算机在某些问题上(比如大数因子分解[1]和无序数据库搜索[2])具有远超经典计算机的运算能力,因此受到了广泛关注。然而,在实际的物理系统中,存储量子信息的量子比特会不可避免地受到环境噪声的影响。所以,在计算的过程... 详细信息

众所周知,量子计算机在某些问题上(比如大数因子分解[1]和无序数据库搜索[2])具有远超经典计算机的运算能力,因此受到了广泛关注。然而,在实际的物理系统中,存储量子信息的量子比特会不可避免地受到环境噪声的影响。所以,在计算的过程中量子比特会随机地发生错误,从而对计算结果造成致命的影响,而且发生错误的概率会随着系统规模的增加而增大。因此,一个实用的可扩展量子计算机最终要由量子纠错保护的逻辑量子比特构造,并且要能在逻辑量子比特层面上进行逻辑门操控,从而防止不必要的或不受控制的错误干扰,实现对量子信息的保护和操控[3].

关键词：量子计算机量子比特量子纠错逻辑门量子编码验证实验玻色

CaF2光学微谐振腔中基于光热振荡的热耗散率测量

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光学学报 2019年第5期39卷 179-188页

作者：郭栋邹长铃任宏亮卢瑾覃亚丽郭淑琴胡卫生浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310023 中国科学技术大学量子信息与量子科技前沿协同创新中心安徽合肥230026 上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

通过测量光热振荡周期可以检测出CaF2光学微谐振腔腔体与环境之间的热耗散率,然而多个振荡周期与热耗散率呈非线性关系,无法利用某个振荡周期值有效测量热耗散率。使用一种基于反向传播人工神经网络的传感数据测量模型,通过测量振荡周期... 详细信息

通过测量光热振荡周期可以检测出CaF2光学微谐振腔腔体与环境之间的热耗散率,然而多个振荡周期与热耗散率呈非线性关系,无法利用某个振荡周期值有效测量热耗散率。使用一种基于反向传播人工神经网络的传感数据测量模型,通过测量振荡周期值,实现了热耗散率的有效测量,优化了神经网络参数,提高了热耗散率测量精度。数值仿真结果表明,该方法可有效测量CaF2光学微谐振腔的热耗散率,对实现基于光学微腔的热参量探测具有重要意义。

关键词：光热振荡热耗散率振荡周期人工神经网络

基于回音壁微腔的可见光波段光频梳研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2022年第5期51卷 101-117页

作者：卢启景廖令琴舒方杰李明谢树森邹长铃福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室/福建省光子技术重点实验室福建福州350007 商丘师范学院电子电气工程学院河南省微腔与光电智能传感工程研究中心河南商丘476000 中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室安徽合肥230026

基于光学微腔的光频梳具有阈值低、光谱宽及结构紧凑等特点,在精密测量与传感等领域具有重要的应用前景,因此近年来微腔光频梳成为国际研究热点。目前相关的研究都聚焦于红外波段锁模光频梳的产生原理和应用探索,虽然可见光波段的光频... 详细信息

基于光学微腔的光频梳具有阈值低、光谱宽及结构紧凑等特点,在精密测量与传感等领域具有重要的应用前景,因此近年来微腔光频梳成为国际研究热点。目前相关的研究都聚焦于红外波段锁模光频梳的产生原理和应用探索,虽然可见光波段的光频梳在精密光谱、原子钟及生物医学等领域有特殊应用价值,但是可见光频梳的实现极具挑战性。文中在简要阐述光频梳产生原理的基础上,介绍了在可见光波段实现光频梳的主要挑战,以及目前三种实现方案的研究进展,包括利用材料的二阶与三阶非线性效应、调节微腔的几何色散和模式强耦合效应调控色散来产生可见光频梳。

关键词：光频梳回音壁模式微腔色散调控模式耦合

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集成光子-原子芯片的研究进展(特邀)

光子学报 2022年第5期51卷 29-45页

作者：刘爱萍陈广杰陈梁徐新标张延磊王琴邹长铃南京邮电大学量子信息技术研究所南京210003 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026

近年来,微纳光学器件和集成光学芯片的研究取得了激动人心的进展,推动着光学相关的各个研究领域与集成光学技术的结合。同时,原子物理学也得到了巨大发展,并应用于传感、计时、寻找新的物理原理和新兴的量子信息科学中。得益于光学与原... 详细信息

近年来,微纳光学器件和集成光学芯片的研究取得了激动人心的进展,推动着光学相关的各个研究领域与集成光学技术的结合。同时,原子物理学也得到了巨大发展,并应用于传感、计时、寻找新的物理原理和新兴的量子信息科学中。得益于光学与原子物理的紧密关系,集成光子-原子芯片已逐步发展为一个新的研究方向,既是便捷的原子系统又是可集成的量子信息处理平台,兼具两个研究领域的优势。本文综述了该方向的发展概况,主要介绍基于微纳光学结构实现对空间光场的调控,从而实现集成化的原子冷却和探测技术,以及基于微纳光学结构的近场实现增强的原子囚禁和原子与光子的相互作用。重点介绍基于集成芯片上的微纳光子结构与原子的相互作用,特别是微腔,基于其稳定的结构和增强的局域场,有望实现稳定、高效和可扩展的光子-原子混合量子芯片。

关键词：集成光子-原子芯片光学偶极阱磁光阱倏逝场微环腔

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进入纠错量子时代（英文）

Science Bulletin 2023年第10期 961-963页

作者：陈子杰孙麓岩邹长铃 CAS Key Laboratory of Quantum Information University of Science and Technology of China CAS Center For Excellence in Quantum Information and Quantum Physics University of Science and Technology of China Center for Quantum Information Institute for Interdisciplinary Information Sciences Tsinghua University Hefei National Laboratory

In the past few decades, control and engineering technologies have experienced rapid development in various quantum computation platforms, from the realization of single-qubit gates to the implementation of high-quality two-qubit gates, and from the fabrication of a few physical qubits to the integration, calibration, and control of exceeding 50 physical qubits on a single chip. We have arrived at the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era [1],in which quantum systems with 50–100 noisy physical qubits can show superiority over classical systems in some applications,although the performance is limited by operation errors. In addition to finding valuable applications, another parallel and critical task is to scale up the system dimension and optimize the parameters to realize quantum error correction (QEC) to suppress *** experiments [2–5] on QEC reveal that we are entering the error-corrected quantum (ECQ) era. In this paper, we are going to introduce these advancements and summarize the challenges in this era as shown in Fig.1.

关键词：

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集成光子-原子芯片的研究进展（特邀）

光子学报 2022年第5期 37-53页

作者：刘爱萍陈广杰陈梁徐新标张延磊王琴邹长铃南京邮电大学量子信息技术研究所中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室

近年来，微纳光学器件和集成光学芯片的研究取得了激动人心的进展，推动着光学相关的各个研究领域与集成光学技术的结合。同时，原子物理学也得到了巨大发展，并应用于传感、计时、寻找新的物理原理和新兴的量子信息科学中。得益于光学... 详细信息

近年来，微纳光学器件和集成光学芯片的研究取得了激动人心的进展，推动着光学相关的各个研究领域与集成光学技术的结合。同时，原子物理学也得到了巨大发展，并应用于传感、计时、寻找新的物理原理和新兴的量子信息科学中。得益于光学与原子物理的紧密关系，集成光子-原子芯片已逐步发展为一个新的研究方向，既是便捷的原子系统又是可集成的量子信息处理平台，兼具两个研究领域的优势。本文综述了该方向的发展概况，主要介绍基于微纳光学结构实现对空间光场的调控，从而实现集成化的原子冷却和探测技术，以及基于微纳光学结构的近场实现增强的原子囚禁和原子与光子的相互作用。重点介绍基于集成芯片上的微纳光子结构与原子的相互作用，特别是微腔，基于其稳定的结构和增强的局域场，有望实现稳定、高效和可扩展的光子-原子混合量子芯片。

关键词：集成光子-原子芯片光学偶极阱磁光阱倏逝场微环腔

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基于回音壁微腔的非互易光子器件

科学通报 2022年第28期67卷 3372-3385页

作者：汪昱舒方杰沈镇柴诚哲张延磊董春华邹长铃中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室.合肥230026 商丘师范学院电子电气工程学院河南省微腔与光电智能传感工程研究中心商丘476000 中国科学技术大学中国科学院量子信息和量子物理协同创新中心.合肥230026

在经典或量子的光子信息处理光路中,隔离器、环形器等非互易器件被用来阻断背散光或构建复杂光路,是不可或缺的核心元件。基于法拉第效应的非互易光子元件已经在传统光路中被广泛应用,然而由于磁光材料不易在光子芯片上集成,如何在芯片... 详细信息

在经典或量子的光子信息处理光路中,隔离器、环形器等非互易器件被用来阻断背散光或构建复杂光路,是不可或缺的核心元件。基于法拉第效应的非互易光子元件已经在传统光路中被广泛应用,然而由于磁光材料不易在光子芯片上集成,如何在芯片上实现各种非互易光子器件成为一项挑战.因此,发展新的非互易光子器件原理是集成光学研究方向的一个重要科学问题。其中,利用体积小、品质因子高的光学微腔构造的非互易元件,能在低功耗驱动下有效控制光的传播方向,具有可集成的巨大优势,本文主要综述近期基于微腔的非互易光子器件研究进展,归纳非互易新原理和近期实验进展,最后分析现存的问题,展望未来的研究方向.

关键词：光子器件非互易微腔回音壁模式

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超导量子计算系统中的容错技术

物理 2023年第11期52卷 751-760页

作者：陈子杰孙麓岩邹长铃中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室合肥230026 清华大学交叉信息研究院北京100084 合肥国家实验室合肥230088

随着超导系统中的量子控制技术日益成熟,量子纠错技术也在不断发展。最近,已有一些平台实现了超越量子纠错盈亏平衡点的里程碑式突破。然而,要实现最终目标——容错量子计算,仍需要拓展系统的维度并进一步压制噪声。文章以超导量子系统... 详细信息

随着超导系统中的量子控制技术日益成熟,量子纠错技术也在不断发展。最近,已有一些平台实现了超越量子纠错盈亏平衡点的里程碑式突破。然而,要实现最终目标——容错量子计算,仍需要拓展系统的维度并进一步压制噪声。文章以超导量子系统为例,首先介绍了四种实现容错错误症状测量的思路;以此为基础,讨论了实现容错量子计算的三个关键阶段以及各阶段所面临的挑战,包括超越盈亏平衡点、达到容错阈值和实现完备逻辑门操作。为了实现这些目标,将按照连通性从低到高归纳三种可能的拓展系统规模的方案。此外,还总结了实验上纠错技术的进展以及对连通性的探索,最后讨论当前关键的研究问题。

关键词：量子纠错量子容错计算超导量子系统量子控制