中国科大实现了磁子-自旋混合量子系统的高保真度量子逻辑操控

中国科学技术大学物理学院、中科院量子信息重点实验室孙方稳教授在磁子和单自旋组成的混合量子系统上实现了高保真度的量子逻辑操控。相关成果以“Room-temperature experimental implementation of quantum logic on a hybrid magnon-spin system” 为题，以article的形式发表在国际学术期刊《Physical Review Applied》 上。

图1 单个自旋和磁子组成的混合量子系统

量子信息技术的快速发展促进了具有互补功能和多任务能力的混合量子系统(HQS)的建立需求。最近，利用磁子和其他离散量子系统的混合量子系统受到了越来越多的关注。然而，在室温下实现包含单自旋和相干磁子的高保真量子逻辑仍然是一个难题。孙方稳课题组通过使用氮空位中心中的单个电子自旋和钇铁石榴石薄膜传中输的磁子成功的实现了混合量子系统上的高保真度量子逻辑操控。研究结果不仅强调了单自旋相干性在实现高保真量子逻辑方面的优势，还凸显了磁子驱动可以将能量消耗降低两个数量级而不产生明显热效应的特点。我们的研究结果为未来基于磁子数据线的自旋纠缠量子网络研究提供了一个有效的路径。

图2磁子对于单个自旋的相干控制

本文第一作者为中科院量子信息重点实验室博士生江旺，通讯作者为孙方稳教授和董杨副研究员。该工作得到了科技创新2030重大项目、中国科学与稳定支持基础研究领域青年团队项目、国家自然科学基金、前沿科学重点研究计划、江苏科技厅重点研发计划等项目的支持。