科学家首次实现基于双轨编码的逻辑多量子比特纠缠

双轨量子比特芯片。

本报讯（记者刁雯蕙）3月6日，深圳国际量子研究院钟有鹏、俞大鹏团队在超导量子计算领域首次实现了基于双轨编码的逻辑多量子比特纠缠。相关研究成果发表于《自然-物理》。

近年来，擦除量子比特作为一种新兴的硬件高效方案受到广泛关注。在超导量子电路中，实现擦除量子比特的一种重要方案是双轨编码。该方案在单比特逻辑操作中具备优势，但如何在多量子比特层面实现高质量的逻辑纠缠和逻辑门操作，仍是核心挑战。

为此，研究团队基于双轨超导量子比特架构，在可扩展的平面transmon量子芯片上，首次实现了逻辑多量子比特的高保真度纠缠生成。每个双轨逻辑量子比特由一对可调transmon组成，利用其单激发子空间进行信息编码。该设计可将能量弛豫错误转换为可检测的擦除错误，同时利用两个transmon之间的强耦合产生类似被动动力学解耦的效果，显著抑制退相干噪声。实验测得逻辑量子比特的相干时间接近1毫秒，较底层物理量子比特提升一个数量级以上；逻辑单比特量子门误差低至10-5量级。

团队进一步实现了逻辑量子比特之间的可调耦合，首次演示了双轨架构下高保真度的逻辑两比特门，并基于这些逻辑门生成了逻辑贝尔态和三量子比特GHZ纠缠态。值得注意的是，逻辑贝尔态的纠缠寿命较物理贝尔态提升约一个数量级，充分体现了双轨编码结合擦除检测对量子信息的保护能力。

该研究首次在多量子比特层面实现了超导量子电路中双轨量子比特的逻辑纠缠与逻辑门操作，证明该体系不仅在单比特层面具备噪声偏置优势，而且能够扩展到多比特逻辑操作，向可扩展容错量子计算迈出了关键一步。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-026-03211-9