近期，我院张文献教授课题组与清华大学尤力教授合作，从理论上提出了单轴动力学解耦方法，并通过数值模拟（在半导体量子点和旋量玻色－爱因斯坦凝聚体中）论证了该方法的可行性。该工作以 “Uniaxial Dynamical Decoupling for an Open Quantum System” 为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。论文第一署名单位是武汉大学物理科学与技术学院，第一作者和第二作者分别是我院2015级硕士生姚琪和2016级博士生张军，张文献教授为通讯作者。

    在开放系统中，量子体系与环境的耦合会导致系统退相干，对量子门操作、量子信息处理以及量子高精密测量带来负面影响。传统实验通常使用双轴动力学解耦技术抑制环境噪声，被广泛应用于量子寄存器和量子门操作等量子计算机科学。为了保持相干性，本工作提出了单轴动力学解耦的新方法，只需施加单轴的脉冲序列，在满足魔幻条件下，能够延长体系的相干时间2个数量级以上；通过对称化、嵌套等手段，有望进一步提高解耦效果，提高其鲁棒性。

    上左图展示单轴动力学解耦的基本过程：（Ⅰ）选定任意初态的量子比特（绿色箭头所示），绕Z轴（外加磁场方向）旋转一周（蓝色圈，磁场大小与演化时间满足魔幻条件）；（Ⅱ）利用脉冲使量子比特绕Y轴旋转180度；（Ⅲ）绕Z轴旋转一周（魔幻条件）；（Ⅳ）重复步骤（Ⅱ），实现初态的高保真存储。上右图展示抑制经典噪声的效果（旋量玻色－爱因斯坦凝聚体），初态分别是相干态（图a和图b）和压缩态（图c和图d）。

    上图展示在半导体量子点中抑制量子环境噪声。结果显示单轴动力学解耦技术比通常的双轴PDD解耦技术和自旋回波技术效果更好。

与传统的双轴技术相比，单轴动力学解耦技术一方面在实验操作上更简单且脉冲数目更少，避免了额外的操作误差；另一方面在解耦效果上也优于标准的双轴解耦方案（PDD）。该单轴动力学解耦技术可适用于诸多量子体系 (半导体量子点、金刚石NV色心、核磁体系、超导量子线路、离子阱、旋量玻色－爱因斯坦凝聚体)，有望在量子精密测量、量子计算机和量子信息处理等领域得到实际应用。

该工作得到了国家自然科学基金和科技部基金的支持。

附论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.010408