Starke algorithmische Kühlung in großen Stern-Topologie-Quantenregistern

Die Kühlung des Qubits in einen reinen Anfangszustand ist entscheidend für die Realisierung fehlerrobuster Quanteninformationsverarbeitung. Hier stellen wir eine Anordnung von Rücksetz- und Rechen-Qubits in einer Stern-Topologie zu diesem Zweck vor. Die Rücksetz-Qubits kühlen oder reinigen das Rechen-Qubit, indem sie dessen Entropie mit Hilfe eines Algorithmus zur Kühlung eines Wärmebades an ein Wärmebad übertragen. Durch die Kombination standardisierter NMR-Methoden mit leistungsstarken Quantenkontrolltechniken kühlen wir zentrale Qubits von zwei großen Stern-Topologie-Systemen mit jeweils 13 und 37 Spins. Wir erreichen eine Polarisationserhöhung um den Faktor über 24 und eine damit verbundene Reduktion der Spin-Temperatur von 298 K auf 12 K. Durch die Ausnutzung der erhöhten Polarisation des Rechen-Qubits bereiten wir Kombination-Kohärenzen bis zu einer Ordnung von 15 vor. Durch das Benchmarking des Zerfalls dieser Kohärenzen untersuchen wir den zugrunde liegenden Geräuschprozess. Darüber hinaus kühlen wir auch ein Paar Rechen-Qubits und bereiten sie anschließend in einem effektiven reinen Zustand vor.