近日，北京量子信息科学研究院(以下简称“量子院”)智能量子计算与模拟团队联合中国科学院物理研究所(以下简称“物理所”)等单位，提出了一种微波激发的高保真度三比特门方案。该方案基于大失谐固定频率架构，集成了全微波操作、易扩展特性、良好参数容忍度、良好退相干表现等优势，为未来高保真度三比特门的实现提供了有效技术路径。2025年9月24日，该成果以“Microwave-activated high-fidelity three-qubit gate scheme for fixed-frequency superconducting qubits”为题发表于《Physical Review Applied》。
可扩展超导量子处理器需要平衡相干性、控制复杂度和频谱拥挤等多个关键约束条件。固定频率架构通过全微波操作抑制磁通噪声并简化控制过程，但仍受残余 ZZ 串扰的限制。研究团队提出了一种适用于大失谐条件下固定频率量子比特的微波激发三比特门方案，该方案利用比特的三阶非线性调制的四阶混频过程，实现了|001>-|110>态的相干交换。结合相位补偿优化技术，数值模拟表明其平均量子门保真度可超过 99.9%。系统误差分析发现，静态长程 ZZ 耦合是多量子比特系统中的主要误差源，这一误差可通过在大失谐区(约 1GHz)调控来抑制。该方案在考虑退相干情况下仍能保持超过 98% 的量子过程保真度，同时对比特参数变化具有内在稳健性，且与现有的全微波两比特门兼容。这一硬件高效的方案在改善相干特性、减少频谱拥挤、扩充实验工具库的同时为含噪中等规模量子(NISQ)时代构建高保真度量子门提供了有力支持，进而有效推动了可扩展量子计算系统的发展。
该论文第一作者为量子院博士后赵魁，通讯作者为量子院兼聘/物理所范桁研究员、许凯副研究员和物理所博士后时运豪，其他作者还包括物理所博士生马卫国以及量子院博士后王子婷、李浩和助理研究员黄凯旋等。该工作得到国家自然科学基金委、科技创新2030、北京市科技新星计划、北京凝聚态物理国家研究中心和中国博士后科学基金等支持。
