01摘要

通过利用纠缠来提高测量精度是量子计量学长期追求的目标1,2。然而，在存在噪声的情况下获得量子理论允许的最佳灵敏度是一个突出的挑战，需要最佳的探测态生成和读出策略3,4,5,6,7。中性原子光学钟8是测量时间的主要系统，在纠缠产生方面取得了最新进展9,10,11，但目前缺乏实现此类方案的控制能力。在这里，我们展示了中性原子超窄光学跃迁的通用量子操作和基于ancilla的读出。我们在镊子时钟平台9,12,13,14,15,16上的演示实现了基于电路的中性原子光学时钟量子计量方法。为此，我们通过里德伯相互作用15,17,18和光学时钟量子位的动态连接19，展示了具有99.62（3）%保真度的双量子位纠缠门——在对称输入态上平均，我们将其与局部寻址16相结合，实现了通用可编程的量子电路。使用这种方法，我们生成了一个接近最优的纠缠探测态1,4，即不同大小的Greenberger-Horne-Zeilinger态级联，并执行了Greenberger-Honne-Zeilinger双象限读出。我们还通过为中性原子实现基于ancilla的量子逻辑光谱学20，展示了通过非破坏性条件重置时钟量子位和重复之间的最小死区时间进行重复快速相位检测。最后，我们将其扩展到基于多量子比特奇偶校验和测量的贝尔状态准备21,22,23,24。我们的工作为具有中性原子的混合处理器-时钟设备奠定了基础，更普遍地指出了与量子传感器连接的量子处理器的实际应用的未来25。

02图表简介

a、 我们展示了一种基于光学时钟量子位的通用量子处理器。该处理器设计用于执行任何计算任务，也是一个高度敏感的时钟。为了实现该器件，我们演示了光学时钟量子位和具有动态重构的电路之间的高保真纠缠门。我们通过亚波长原子位移和局部MCR将这些与局部单量子比特旋转相结合。b、 我们使用镊子捕获88Sr原子。量子比特基于超窄光学时钟跃迁1S0↔ 3P0和纠缠操作是通过瞬态激发到里德伯态n3S1来实现的。我们使用镊子中量化运动态的相干叠加来搁置受保护的时钟量子位，用于辅助量子位的中间电路检测。c、 我们确定了这些通用量子操作可用于优化量子计量的两个实例：用于接近最佳探针的纠缠态制备和使用辅助量子位的纠缠辅助读出，从而实现中性原子的量子逻辑光谱学。

a、 对称输入状态下CZ门保真度平均的随机电路特性
该电路包括固定数量的随机单量子比特门RC和可变数量的CZ门NCZ。最后的统一
预先计算以最大化返回概率
在没有错误的情况下。b、 通过将返回概率拟合为NCZ的函数，在校正了泄漏误差的错误贡献后，我们推断出门保真度为0.9962（3）（方法）。c、 用于创建和表征贝尔状态的电路
.d，具有测量的裸奇偶校验对比度的奇偶校验振荡
结合种群重叠（方法），我们得到贝尔态生成保真度为
(
垃圾邮件已更正）。在b和d中，数据以原子对在擦除冷却后幸存为条件，擦除冷却率为51%。e、 由平均原子荧光图像描绘的阵列配置。选择原子间分离是为了在每对中诱导强烈的里德伯相互作用，并避免对之间不必要的相互作用。

a、 用于同时制备和表征GHZ态的量子电路
，其中j=0，1，2。b、 阵列重构步骤由每个一维阵列配置（1）、（2）和（3）的平均原子荧光图像描绘，如a中的电路所示。虚线箭头表示在两个连续阵列配置之间执行的原子运动。c、 j=0、1和2从上到下同时发生奇偶振荡，相位灵敏度为1:1.96（6）:3.9（1）。d、 通过在一个副本中的每个原子上进行π/8相移，实现四原子GHZ态的两个副本的同时双正交奇偶校验读出，从而在最终读出脉冲之前产生集体π/2相移。

03 参考文献
Liu Y , Qin Z , Yang X ,et al.High-Voltage Manganese Oxide Cathode with Two-Electron Transfer Enabled by a Phosphate Proton Reservoir for Aqueous Zinc Batteries[J]. 2022.

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