近日，中国科学院上海微系统所林志荣和王镇团队与德国斯图加特大学鲁勇博士、瑞典查尔姆斯理工大学Per Delsing教授、日本东京理科大学蔡兆申教授合作，利用片上集成的超导量子电路，提出并实验验证了一种快速制备和储存薛定谔猫态的方法。相关成果于10月11日以题目为“Fast generation of Schr#ouml;dinger cat states using a Kerr-tunable superconducting resonator”的学术论文发表在Nature Communications (2023, Vol. 14, pp. 6358)期刊上。
量子纠错是量子计算领域中的一个重要研究方向，其核心原理在于通过扩展量子态编码的Hilbert空间，实时探测态分布，以检测和纠正潜在的量子位错误。这种技术在量子计算中对于维护和保护量子信息的完整性至关重要。薛定谔猫态编码是一种精巧的玻色编码方案，它在多维Hilbert空间中储存了量子信息，而不需要增加硬件复杂度，同时面对光子损耗时表现出强大的鲁棒性，因此被视为实现量子纠错的重要方案之一。通常，薛定谔猫态的制备依赖于高品质的三维微波谐振腔或慢速绝热演化，这限制了量子电路的规模和操作速度。研究团队通过快速调制超导微波谐振腔的非线性系数，在二维超导量子芯片上实现了薛定谔猫态的快速制备、测量和储存，为可扩展化的量子纠错提供了一种新的薛定谔猫态制备方案。
上海微系统所工程师/博士研究生何潇梁、德国斯图加特大学鲁勇博为该工作的第一作者，林志荣研究员和鲁勇博士为通讯作者。上述研究工作获得国家自然科学基金、中国科学院先导专项、上海市科委项目、广东省重点领域研发计划等支持。
图1：超导量子电路原理图
图2：薛定谔猫态的Wigner函数测量值与理论值
