WikiEdge:ArXiv-2408.17265v1/background

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這篇文獻的背景主要集中在以下幾個方面：

1. 量子計算的實現途徑：
   • 量子計算可以通過門陣列模型或基於測量的模型來實現。門陣列模型使用單量子比特和雙量子比特量子門來構建多量子比特設備上的期望狀態變換。而基於測量的模型則利用貝爾態來合成量子門，通過局部操作實現量子計算。
   • 基於測量的方法對於光學量子信息處理特別有吸引力，因為直接實現通用量子門集需要較大的非線性，而光子檢測速度快、容易獲得，且光子在集成光子結構中壽命短，需要在被吸收前進行測量。
2. 融合基量子計算（Fusion-based Quantum Computing, FBQC）：
   • FBQC是一種高度模塊化的架構，它只需要小型圖態（如四環和六環態）作為資源態，然後通過成對資源態之間的糾纏測量來「即時」連接這些資源態，同時推進量子計算。
   • 這種全光學方法需要高度復用的光子下轉換源和快速光學開關來準確定產出所需的四環和六環資源態。這些源、開關和光子探測器需要在低溫環境中運行以實現高光子檢測效率。
3. 混合量子架構的探索：
   • 混合量子架構通過將量子信息存儲在物質自由度（靜止量子比特）上，並通過糾纏測量使用光子自由度進行連接，提供了一種替代方法。這種架構有效地整合了成熟的基於物質的技術和基於光子的技術，為實現容錯量子計算提供了潛在平台。
   • 研究中特別關注基於物質的量子寄存器在融合基混合物質-光子量子計算機中的潛力，目標是展示生成所需資源態的潛力。在固態系統中的自旋基量子信息處理器使用固態材料中電子或核的自旋態來編碼、操縱和處理量子信息，但製備這些系統中的複雜多部分量子態仍然是一個挑戰。
4. 量子態製備的挑戰：
   • 在固態量子寄存器中，基於磁相互作用的最近鄰（NN）耦合佔主導地位，但為了實現容錯量子糾錯所需的極高保真度，超出NN的相互作用仍然相關。
   • 傳統的能夠消除長程自旋相互作用的方案往往也會抑制NN耦合。此外，這些方案通常假設所有自旋精確定位，形成完美的一維自旋鏈或二維方格晶格。然而在實踐中，自旋位置的偏差是常見的，導致耦合強度的非均勻性，這可能會顯著影響大多數狀態製備方案的有效性。

綜上所述，這篇文獻的背景強調了在混合物質-光子量子信息處理器中，對於高保真度資源態生成方法的需求，以及現有方法的局限性。作者提出了一種新的脈衝控制序列方法，通過精心設計的脈衝序列來調製自旋間的耦合，以保留NN相互作用的同時消除長程相互作用，展示了在氮空位（NV）中心系統中實現資源態生成的潛力。