同时操作两个仅用于交换的量子比特

并行化操作是实现多量子比特量子计算的关键，它能减少量子比特的闲置时间，从而降低退相干和信息丢失。在各种量子计算技术中，基于量子点的自旋量子比特因与硅制造工艺兼容而成为热门平台。仅交换量子比特是其中一种重要类型，其单量子比特和双量子比特门仅通过电压脉冲动态调节量子点间的交换耦合强度实现，无需微波脉冲，简化了系统搭建和控制。

本研究使用包含12个量子点的Tunnel Falls器件，将其中6个量子点编码为两个仅交换量子比特。为解决多量子比特读出时的自旋寿命限制问题，研究团队改进了泡利自旋阻塞（PSB）读出技术，开发出电荷锁定PSB读出方法，通过至少两个量子点的间隔设置避免串扰。为实现并行操作，团队还通过电压虚拟化技术和次近邻势垒补偿方法，有效抑制了电极间的电容耦合串扰和信号路径串扰。

在单量子比特实验中，通过盲随机基准测试（RB）发现，两个量子比特同时操作时的克利福德门保真度（Q1为99.77%±0.02%，Q2为99.36%±0.03%）仅比单独操作时降低约0.05-0.07%，表明并行控制能有效抑制串扰影响。对于双量子比特门，研究发现交换脉冲序列中存在许多可并行执行的部分，通过并行化可将CNOT、iSWAP和SWAP门的脉冲时间步长分别减少约40%，从而缩短门操作时间，减少退相干误差。实验中首次演示了适用于仅交换量子比特的iSWAP门，并通过双量子比特RB测得顺序操作时的克利福德门保真度为96.25%±0.07%，并行操作时为95.80%±0.08%。

最后，研究团队首次在半导体量子系统中应用交叉熵基准测试（XEB），对比了顺序和并行交换脉冲操作的性能，测得两种模式下的每周期保真度分别为96.8%和97.0%，验证了并行操作的有效性。这些结果为大规模量子计算系统的并行操作设计和性能优化提供了重要参考。