具有数分辨声子检测功能的声学声子相位门

《Nature Physics》：Acoustic phonon phase gates with number-resolving phonon detection

量子声学与超导量子比特结合的确定性控制及多声子探测新方法，实现声子量子态的精确操控与测量，并可将两声子态转化为双超导量子三态，为量子计算提供新途径。

　　

摘要

利用移动光子的量子计算方法具有吸引力，因为它们对物理条件的要求相对较低。然而，目前光子量子计算机的许多组件都是非确定性的，这对大规模设备来说是一个挑战。另一种替代方案是在固态设备中使用类似的基于移动声子的方案，而不是光子，并结合超导transmon器件。在这里，我们展示了在确定性操控和测量声子量子态方面的进展。首先，我们展示了移动单声子及双声子量子比特态的确定性相位控制，并使用声学马赫-曾德尔干涉仪进行了测量。我们利用超导transmon量子比特产生的声子态的频率依赖性散射来实现声子相位控制。此外，我们提出并实现了一种多声子检测方案，该方案能够实现移动单声子及双声子Fock态与transmon量子三态之间的相干转换，例如将一个纠缠的双声子输出态转换为两个transmon的纠缠态。将量子声学与超导电路相结合的这一实现方式有望带来更多进展，包括可以直接应用于量子计算的确定性声子量子门。