昨日，美国劳伦斯伯克利国家实验室宣布，其联合加州大学伯克利分校量子纳米电子实验室 (QNL) 的高级量子测试台 (AQT) 的跨学科团队取得了重大突破。
他们成功地在超导上使用qutrit（三能级系统）实现了高保真度的量子处理器。
该团队成功地纠缠了两个transmon qutrit，其门保线%，从而更接近于实现三元逻辑。这种逻辑可以比其二进制对应物（量子比特）编码更多信息。
三元量子信息处理器在量子模拟和纠错方面具有显著的潜在优势，并且能够改进某些量子算法和应用。
图｜AQT和QNL研究员Noah Goss在实验室研究（来源：伯克利实验室）
这一实验的成功基于2021年以来发表于《物理评论 X》[1]和《物理评论快报》[2] 《自然通讯》上[3]的三篇论文研究。
三元逻辑是指使用三个可能的值（而不是二进制逻辑的两个值）来表示信息的逻辑系统。在这种情况下，这三个值是qutrit的三个量子态。这意味着qutrit可以存储和处理比量子比特（量子二进制）更多的信息，因为它们有更多的可能状态。
超导qutrit与量子比特一样，都是通过微波引发的逻辑门操作进行控制。然而，三态量子逻辑的状态空间和噪声环境更为复杂，使得在短时间尺度上控制单量子逻辑门和双量子逻辑门变得困难。
为了充分利用qutrit处理器的功能，研究团队不仅需要对各个qutrit进行高度控制来执行操作，还需要通过高保真和灵活的控制来纠缠相邻的qutrit。
在之前的研究中，研究团队已经展示了高保真度的单一qutrit操作，但是，直到今天，他们才实现了在具有固定频率和固定耦合的两个Transmon qutrit之间的更快、灵活和可调谐的微波激活纠缠。
这种新的qutrit纠缠方法生成了两个通用的双qutrit门，即受控Z门 (CZ) 和受控Z逆门 (CZ+)。通过与Keysight Technologies合作的周期基准测试方法，该团队测得两个qutrit纠缠门的工艺保线%。
AQT和QNL的研究生研究员Noah Goss是该论文的主要作者，他对利用qutrit门增进对量子力学的理解感到兴奋。
他表示：“AQT和QNL的不同工作的结合使他们能够很好地表征和理解qutrit逻辑门的物理现象。他们综合了许多以前的专业知识，并在实验中更进一步，引入了一种具有高度控制性且以前从未研究过的qutrit相互作用。”
这是一个重大的突破，该系统使用qutrit（三元逻辑）而不是传统的量子比特，因此可以处理更多的信息，与此同时，实现高保真qutrit门，二者可能会极大地提高量子计算的能力和效率，最终实现一个更强大、更高效的量子计算系统。