近日，南方科技大学量子科学与工程研究院（下简称“量子院”）助理研究员徐源和副研究员燕飞等合作在超导量子比特的量子控制领域取得新进展，提出并实现了一种可扩展的消除比特间残余ZZ相互作用的方法。相关成果以“Scalable Method for Eliminating Residual ZZ Interaction between Superconducting Qubits”为题发表于国际物理顶尖学术期刊《物理评论快报》上。

杂散在量子比特间的ZZ相互作用是超导量子芯片上普遍存在的一种串扰现象，会导致量子比特的频率受到周围比特状态的影响，从而降低了量子逻辑门的操控精度。消除ZZ相互作用对提高芯片整体保真度、提升量子算法运行深度具有重要意义。虽然从硬件设计上可以一定程度地削弱这种ZZ耦合，但很难完全根除，需要在操控上进一步抑制。现有的操控方案在灵活性和扩展性上存在着局限性，在大规模推广应用中存在一定难度。

图: (a) 超导量子比特的耦合示意图。(b) 残余ZZ相互作用消除方案示意图。(c) 实验数据展示对两比特间ZZ相互作用的连续调节。

在本实验工作中，研究团队基于耦合器连接的超导量子比特可扩展架构，提出了一种完全消除超导量子比特间残余ZZ相互作用的新的操控方法。该方法通过对耦合器施加一个选择性的失谐驱动来微调整个系统的能级结构，从而能有效地实现对残余ZZ相互作用的完全消除。实验中观察到此方法对两比特间闲置门操作的错误率有5倍左右的抑制，达到了退相干极限。相比于已有的一些方案，该方法的直接控制对象是耦合器，因而可以对每一对耦合的比特进行独立的调控，具有明显的扩展性优势，且同时兼容可调或不可调耦合架构，有望在未来大规模超导量子处理器中发挥重要的作用。

在该研究成果中，南科大物理系博士生倪忠初和量子院访问学生李赛为论文共同第一作者，通讯作者为燕飞和徐源，最后作者为量子院院长、讲席教授、中科院院士俞大鹏。其他合作者包括量子院副研究员刘松、钟有鹏和李剑等。南方科技大学为该工作的第一完成单位。该研究工作得到了国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科创委和南方科技大学等单位的大力支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.040502

供稿：量子科学与工程研究院

通讯员：赵若云

编辑：劳湘雯