在实现一些复杂量子算法和浅层电路量子纠错等的应用中，三比特量子门具有非常重要的作用。目前已经实现的三比特门都不够理想，例如超导系统利用高能级实现的Toffoli门保真度不超过87%，采用trimon这种多模比特虽能实现高精度三比特门，但缺乏可扩展性。

近日，伯克利大学的研究人员用交叉谐振（CR）效应实现了一维链上固定频率transmon量子比特的iToffoli门，用循环基准标定的保真度达到98.26%。在该实验中，相邻比特间的电容耦合用共面微带状线实现。三个量子比特受到同频率的驱动，当系统和驱动的参数满足一定关系时，可以实现iToffoli门操作。寄生ZZ耦合会引入几何相位，对门错误有较大贡献，限制了门操作速度，从而退相干也有一定影响，而能级泄露的影响可忽略。数值计算表明，用包含这种iToffoli门或Toffoli门的参数化ansatz电路合成任意Clifford群电路和Haar随机电路分别需要不超过6层和10层。

该工作为基于两比特相互作用开发多比特门开辟了道路，有助于降低量子计算中量子电路深度，进而提高效率。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2108.10288

（张颖珊 编译）