High-fidelity universal quantum gates through group-symmetrized rapid passage
扭曲快速通过是一种非绝热快速通过，产生可控的量子干涉效应，在2003年首次在实验中观察到。它表明，扭曲的快速通道扫描可以用来实现一个通用的量子门，高保真度操作。门组包括Hadamard和NOT门，以及相位门、π/8门和受控相位门的变体。对于通用集合中的每个门g，提供扫描参数值，数值模拟指示该扫描参数值将产生以小于10**（-4）的误差概率近似g的酉运算。请注意，通用集合中的所有门都是使用单个控制字段族实现的，并且每个门的错误概率都低于准确度阈值10**（-4）的粗略估计。
2010-08-04 quant-ph
Universal fidelity reduction of quantum operations from weak dissipation
量子信息处理在实际系统中经常受到耗散的限制，耗散源于与微观自由度的剩余不受控制的相互作用。鉴于最近的实验进展，我们考虑弱耗散，导致每次操作的错误概率很小。在这里，我们找到了一个简单的公式，用于任何期望的量子操作的保真度降低。有趣的是，这种减少与具体操作无关;它只取决于操作时间和耗散。利用我们的公式，我们研究了系统中不同部分的耗散之间存在关联的情况，这对量子纠错的成功应用是不利的。令人惊讶的是，我们发现，一个大类的相关性给出了相同的保真度减少不相关的耗散类似的强度。
2021-10-29 quant-ph
Universal enhancement of the optical readout fidelity of single electron spins
自旋态的精确读出对于任何物理实现基于自旋的量子计算机的方法和具有单自旋的磁力测量都是至关重要的。在这里，我们报告了一种新的方法，以大大提高与金刚石中的单氮空位（NV）中心相关的电子自旋态的光学读出保真度。通过在NV中心的氮原子的电子自旋和核自旋之间执行条件触发过程，信噪比显著增强。增强的读出过程由短的预备脉冲序列触发。由于氮原子核自旋在体系中是固有存在的，因此该方法普遍适用于任何氮空位中心。
2009-09-25 quant-ph
High-Fidelity Universal Gate Set for $^9$Be$^+$ Ion Qubits
我们报道了在磁场不敏感量子比特上的高保真激光束诱导量子逻辑门，该量子比特由$^{9}$ Be $^+$离子的超精细态组成，其存储相干时间大于1 s。我们演示了单量子位门，每个门的误差为$3.8(1)\times 10^{-5}$。通过用一个确定性的双量子比特门建立一个Bell态，我们推导出一个$8(4)\times10^{-4}$的门误差。我们在我们的实现中的错误的特点和讨论的方法，以进一步减少不完美的值，是兼容的容错处理在现实的开销。
2016-03-31 quant-ph
Universal Improvement of Channel Fidelity via Entanglement Assistance
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
针对非相同量子信道，提出纠缠辅助的普适编码解码策略，提升最坏情况保真度，在去极化信道下最优，并扩展至经典信道与量子资源理论。
2026-10-06 quant-ph
Universality cost of non-Gaussian enhancement in continuous-variable quantum teleportation: A fidelity--deviation trade-off
Institute for Convergence Research and Education in Advanced Technology, Yonsei University（延世大学先进技术与教育融合研究所）；Department of Statistics and Data Science, Yonsei University（延世大学统计与数据科学系）；Department of Physics, Jeju National University（济州国立大学物理系）；Department of Quantum Information, Yonsei University（延世大学量子信息系）
研究探讨了连续变量量子 teleportation 中保真度与偏差的权衡，证明了确定性 unity-gain 通道在相干态基准下的偏差为零，非零偏差反映的是协变性破坏而非非高斯性，通过具体例子展示了协议提升平均保真度时偏差的增加。
2026-04-22 quant-ph
Experimental realization of universal high-dimensional quantum gates with ultra-high fidelity and efficiency
本文在四维光学qudit的偏振-空间自由度上实验实现了通用高维量子门及受控门，保真度达99.73%、效率达99.47%，为大规模高维容错量子计算奠定基础。
2023-11-30 quant-ph
High-Fidelity Universal Quantum Gate Compilation for Non-semisimple Ising Anyons via Genetic Algorithm-Optimized Solovay-Kitaev Decomposition
School of Physics and Optoelectronics, Xiangtan University（湘潭大学物理与光电工程学院）；School of Physics and Electronic Science, Hunan Institute of Science and Technology（湖南理工学院物理与电子科学学院）；Center for Quantum Science and Technology, Department of Physics, Shanghai University（上海大学物理学部量子科学与技术中心）
本研究通过遗传算法优化的Solovay-Kitaev分解，实现了非半单伊辛任何子的高保真通用量子门编译，构建了{H,T,CNOT}通用门集，显著提高了双量子比特门的保真度。
2026-10-30 quant-ph
Universal Fidelity Law for Linear-Optical Entangling Gates
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
针对不完美光子源导致的线性光学纠缠门性能下降问题，提出以Hong-Ou-Mandel可见度和二阶相干度刻画多光子噪声的普适保真度定律，并经实验验证，为光子量子计算提供统一基准。
2026-09-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A Nonstabilizerness Resource Law for Universal Quantum State Purification
QudeLeap Research（QudeLeap 研究）；The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））
研究通用量子态纯化，通过证明奇数维线性魔力定律和多量子比特系统双边线性鲁棒性定律，确定成功纯化映射，建立通用纯化的定量魔法 - 保真度定律，将魔法资源与容错量子信息处理相联系。
2026-07-10 quant-ph
High-fidelity laser-free universal control of two trapped ion qubits
对多个量子比特的通用控制--纠缠量子比特和执行任意单个量子比特操作的能力--是量子计算、模拟和网络的基本资源。在这里，我们实现了一个新的无激光方案的基础上微波磁场和射频磁场梯度的离子量子比特的通用控制。我们通过创建对称和反对称的两个量子比特最大纠缠态来证明高保真纠缠和个体控制，其量子数分别在[0.9983，1]和[0.9964，0.9988]的区间内，置信度为68%，校正了状态初始化误差。该技术对多个退相干源是鲁棒的，基本上可用于任何捕获的离子种类，并且具有在不增加控制信号功率或复杂性的情况下对许多对离子执行同时纠缠操作的潜力。
2021-02-24 physics.atom-ph quant-ph
Quantum dot-based high-fidelity universal quantum gates in noisy environment
本文针对噪声环境下的量子点自旋量子比特，利用Lindblad主方程对NOT门、Hadamard门和Toffoli门的自旋动力学与噪声过程进行建模，确定了外部磁场的工作范围以实现高保真度通用量子门操作，并提供了模拟更大规模量子处理器的通用框架。
2024-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Meta-learning assisted robust control of universal quantum gates with uncertainties
针对退相干和脉冲不完美导致的量子门保真度下降问题，提出双层学习框架的元强化学习量子控制算法（metaQctrl），在不确定性下以更少脉冲实现更高保真度的通用量子门。
2025-05-04 quant-ph
Universal high-fidelity quantum gates for spin-qubits in diamond
该工作针对金刚石氮-空位中心电子与核自旋两比特系统，设计并演示了完整高保真门集，单比特保真度达99.999%，两比特达99.93%，为大规模色心量子处理奠定基础。
2024-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scaling of ground state fidelity in the thermodynamic limit: XY model and beyond
我们研究了基态保真度，定义为同一量子系统的两个基态之间的重叠，其哈密顿量的参数略有不同的值。我们专注于XY模型的热力学制度和它的临界点附近。我们详细描述的情况下，保真度占主导地位的普遍贡献，反映量子临界的相变。我们发现，接近多临界点导致异常缩放的保真度。我们还讨论了保真度的制度，其特征在于显着的振荡所造成的系统大小或参数的变化的哈密顿量。此外，我们表明，当保真度占主导地位的非普遍的贡献，研究扩展伊辛模型的保真度，并说明我们的结果如何提供额外的洞察量子相变的动力学。特别注意从动量空间的角度研究保真度。我们所有的主要结果都是解析地得到的。它们与数字非常吻合。
2011-09-16 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Optimal Manipulations with Qubits: Universal NOT Gate
补一个经典位，即改变一个位的值，从0到1，反之亦然，这不是一个问题。这是由一个非门完成的。然而，在未知状态下补充量子位是另一回事。我们表明，这种操作不能完美地完成。我们定义了通用非（U-NOT）门，它从N个相同准备的纯输入量子位中产生M个输出量子位，其状态尽可能接近完美互补。该门可以通过经典估计和随后的估计状态的补数的重新准备来实现。因此，其保真度等于最优估计的保真度F=（N+1）/（N+2），并且不依赖于所需的输出数量。我们还表明，当一些额外的先验信息的输入量子比特的状态是可用的，比量子非门的保真度可以更好地比估计的保真度。
1999-01-17 quant-ph
A Simple and Convenient Measure of NMR Rotor Fidelity
我们描述了一个简单的计划，用于计算的保真度的复合脉冲时，被认为是一个通用的转子。
2001-03-12 quant-ph
High fidelity universal set of quantum gates using non-adiabatic rapid passage
数值模拟结果表明，一类非绝热快速通道扫描首先在1991年实验实现，应该能够实现一套通用的量子门G_{u}，高保真度操作。构成G_{u}的门是Hadamard门和NOT门，以及相位门、π/8门和受控相位门的变体。通过证明G_{u}可以构造由Hadamard门、相位门、π/8门和受控非门组成的普适集合，证明了G_{u}的普适性。提供扫描参数值，模拟指示扫描参数值将在G_{u}中产生不同的门，并且对于扫描参数值，门错误概率P_{e}满足：（i）对于单量子位门，P_{e} < 10^{-4};以及（ii）对于修改的受控相位门，P_{e} <1.27 × 10^{-3}。此类扫描是非复合的，并产生可控的量子干涉效应，使G_{u}中的门能够在保持高保真度的同时进行非相干操作。这些干涉效应已经使用NMR观察到，并且先前已经示出了这些快速通道扫描如何可以应用于使用电场的原子系统。在这里，我们展示了如何将这些扫描可以应用到超导电荷和磁通量子比特系统。模拟表明，这些快速通道扫描产生的通用门G_{u}集显示出作为量子计算容错方案的可能元素的希望。
2008-11-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum fidelity in the thermodynamic limit
我们研究了量子保真度，即多体系统中两个基态之间的重叠，重点是热力学机制。我们展示了如何下降的保真度附近的临界点编码的量子相变的普遍信息。我们的一般标度结果示出在量子伊辛链，其中一个非常简单的表达保真度被发现。
2011-02-07 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Universal Optimization and Tighter Fidelity Bounds for Approximate Quantum Error Correction
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；European Organization for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））
研究近似量子纠错中优化问题，利用恢复与环境解耦对偶性及噪声克劳斯算子衰减权重，建立降维框架，实现计算加速，为AQEC码高精度优化提供可能。
2026-09-03 quant-ph
Universal Dephasing Control During Quantum Computation
失相是一种普遍存在的现象，它会导致量子系统相干性的丧失和量子信息的破坏。我们提出了一个通用的动态控制方法，以打击退相在量子计算的所有阶段，即存储，单和双量子比特运营商。我们表明，（a）定制多频门脉冲的退相动力学可以增加保真度;（b）交叉退相，引入纠缠，可以消除适当的控制领域;（c）反直觉和以前的计划相反，可以增加门的持续时间，同时增加总的门保真度。
2007-08-09 quant-ph
Realization of high-fidelity perfect entangler between remote superconducting quantum processors
本文利用同轴电缆驻波模式在30厘米距离的远程超导量子处理器间实现了CNOT和CZ高保真完美纠缠门，保真度分别达99.15%和98.04%，为大规模分布式量子计算奠定了基础。
2024-10-01 quant-ph
Universal measurement apparatus controlled by quantum software
我们提出了一个量子器件，可以近似任何投影测量的量子比特。通过“程序寄存器”的量子态来选择期望的测量基。该设备相对于最大平均保真度进行了优化（假设测量基准均匀分布）。一个有趣的结果是，如果一个人使用两个处于相同状态的量子位作为程序，则平均保真度高于如果他/她采用正交状态的第二个程序量子位（相对于第一个）。计算了所提出的测量方法得到的平均信息，结果表明，即使平均保真度保持不变，它也可以得到不同的值。最简单的建议设备可能的实验实现。
2002-02-28 quant-ph
Fast universal quantum control above the fault-tolerance threshold in silicon
容错量子计算机依靠量子纠错来解决难题。最有前途的纠错码之一是表面码，它要求通用门的纠错阈值超过99%。在许多量子位平台中，只有超导电路、捕获离子和金刚石中的氮空位中心满足这些要求。硅中的电子自旋量子位由于其纳米级的能力而特别有希望用于大规模量子计算机，但是由于操作缓慢，双量子位门保真度被限制在98%。在这里，我们展示了99.5%的双量子位门保真度，以及99.8%的单量子位门保真度，在硅自旋量子位通过使用微磁感应梯度场和可调谐的两量子位耦合的快速电控制。我们确定了量子比特旋转速度和耦合强度的条件，我们鲁棒地实现高保真门。我们实现了Deutsch-Jozsa和Grover搜索算法，使用我们的通用门集具有很高的成功率。我们的研究结果证明了通用门保真度超过容错阈值，并为可扩展的硅量子计算机铺平了道路。
2021-08-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multivariate Trace Inequalities, p-Fidelity, and Universal Recovery Beyond Tracial Settings
迹不等式在量子信息理论中有着广泛的应用，在非对易条件下经常取代经典的泛函微积分。然而，量子场论和全息术的物理学激发了缺乏半有限迹的III型冯诺依曼代数中的熵不等式。Haagerup和Kosaki $L_p$空间使非迹von Neumann代数中的迹不等式得以重新表达.特别地，我们证明了来自（Sutter，Berta \& Tomamichel 2017）的广义Araki-Lieb-Thirring和Golden-Thompson不等式。然后，利用Haagerup近似方法，我们证明了一个通用的vonNeumann代数版本的恢复映射校正的数据处理不等式的相对熵。我们还显示了一个对数p-保真度的恢复亚谐性。此外，我们证明了相对熵的不减少等价于存在一个$L_1$ -等距实现两个输入状态的通道。
2021-04-01 hep-th math-ph math.MP
Universal, high-fidelity quantum gates based on superadiabatic, geometric phases on a solid-state spin-qubit at room temperature
几何相位和完整性（它们的非对易推广）是在噪声设备中实现高保真量子操作的一个有前途的资源，因为它们对噪声和实验缺陷具有固有的容错性。尽管它们在概念上很有吸引力，并且被证明具有容错性，但在很长一段时间里，它们在量子计算中的实际应用仅限于原理证明。直到2012年，Sjöqvist等人才制定了一种通过非绝热变换产生非阿贝尔（即完整）量子门的策略。在各种物理量子比特系统上成功地进行了实验演示，证明了这种快速完整的量子门概念的可行性。尽管取得了这些成功，但这种非阿贝尔量子门的实验实现仍然具有实验挑战性，因为通常合适的完整性的出现需要在由两个（或更多个）控制场驱动的三（或更高）能级系统内对逻辑量子比特进行编码。Liang等人最近提出的一个方案提供了一个优雅的解决方案，在一个由一个控制场驱动的简单两能级系统上产生非阿贝尔几何量子门。利用无跃迁量子驱动的概念，它允许通过超绝热演化产生通用的几何量子门。因此，这个概念产生快速和鲁棒的相位为基础的量子门的基础上最小的实验资源。在这里，我们报告的第一个这样的实施一组非对易单量子位超绝热几何量子门上的电子自旋带负电荷的氮空位中心的钻石。实现的量子门结合了高保真度和快速量子门性能。这为在现实的、有噪声的实验条件下进行大规模量子计算提供了一个有前途的、强有力的工具。
2018-04-29 quant-ph
Quantum-critical scaling of fidelity in 2D pairing models
量子保真度的量子临界标度理论的定律，依赖于潜在的系统维数$D$，到目前为止已经在精确可解的$1D$模型中得到了验证，这些模型属于或等价于相互作用的、二次（准自由）的、无自旋的或自旋满的晶格费米子模型。所得到的结果是如此吸引人，在寻求相关长度和相关的通用临界指数$ν$，它表征的发散的相关长度接近临界点，人们可能倾向于替代困难的任务，确定的渐近行为的两点关联函数由一个更容易的，确定量子保真度的量子临界标度。然而，系统的维数的作用一直是一个悬而未决的问题。我们在本文中的目的是填补这一空白，至少部分地，通过验证的法律量子临界标度理论的量子保真度在$2D$的情况下。为此，我们研究了$2D$精确可解模型的关联函数和量子保真度，这些模型是相互作用的、准自由的、自旋满的、格点费米子模型。与$1D$模型相比，所考虑的$2D$模型具有新的特征：在给定的量子临界点处，存在大量的关联长度和多个普适临界指数$ν$，因为这些量依赖于空间方向，而且，指数$ν$可以取更大的值.这些事实是由我们得到的两点关联函数的解析渐近公式得出的。在这种新的情况下，我们从量子临界标度理论的角度讨论量子保真度的行为。特别是，我们有兴趣找出在多大程度上的量子保真度的方法可能是一个替代的相关函数的方法在研究量子临界点超过1D。
2016-02-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fidelity Susceptibility in One-dimensional Disordered Lattice Models
本文利用保真度磁化率方法研究了一维量子无序晶格模型Anderson模型和Aubry-André模型中的量子相变。首先，我们发现保真度极化率和广义绝热极化率在无序晶格模型的量子临界点处最大，由此可以确定无序晶格模型的量子临界点。其次，对保真度磁化率和广义绝热磁化率的有限尺寸标度分析表明，在量子临界点，一维Anderson模型的关联长度临界指数和动力学临界指数分别为2/3和2，Aubry-André模型的关联长度临界指数和动力学临界指数分别为1和2.375。因此，Anderson模型和Aubry-André模型中的量子相变具有不同的普适类。由于保真度磁化率和广义绝热磁化率与线性响应区的动力学结构因子直接相关，因此量子无序系统中的保真度磁化率有可能在不久的将来被实验观测到.
2019-02-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum criticality of the Lipkin-Meshkov-Glick Model in terms of fidelity susceptibility
本文研究了Lipkin-Meshkov-Glick模型的保真度磁化率的临界性质。利用Holstein-Primakoff变换，我们明确地得到了二阶量子相变点附近的保真度磁化率的临界指数。我们的结果提供了一个罕见的分析情况下，保真度磁化率在描述量子临界行为的普适类。两相临界指数的不同是非平凡的结果，表明保真度敏感性并不总是广泛的。
2008-07-03 quant-ph
High-fidelity universal gates in the $^{171}$Yb ground state nuclear spin qubit
本研究在光镊捕获的$^{171}$Yb原子阵列基态核自旋量子比特中实现通用高保真度门集合，通过随机基准测试表征原生门并测得双量子比特纠缠门高保真度，还提出优化校准方法，为中性原子量子计算奠定基础。
2024-12-02 physics.atom-ph quant-ph
No-Go Theorems for Universal Entanglement Purification
本文提出了纠缠纯化协议的“普适性”概念，证明在局域操作和经典通信下无法实现普适的n-to-1 EPP，但使用PPT操作可实现，且双局域Clifford EPP在任意高保真度阈值下也无法实现普适性。
2025-05-06 quant-ph
Single-Shot Fidelity Reveals Hard and Soft Limits: A Universal Yardstick for Photon-Number-Resolving Detectors
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（先进产业科学技术研究所）
该研究提出通用单次射击保真度度量，可直接量化单次测量中正确识别光子数的概率，能区分光子损失与误识别，实现不同架构光子数分辨探测器的定量比较，为光子量子计算相关探测器评估提供统一基准。
2026-09-03 physics.optics quant-ph
Universal singlet-triplet qubits implemented near the transverse sweet spot
在半导体双量子点（DQD）中实现单重态-三重态（ST）量子比特的容错量子计算的关键是实现单量子比特门和双量子比特门的高保真操作。可行的方法包括将量子比特操作在横向最佳点（TSS）附近以降低噪声的前导阶数，以及采用适当的抗噪声脉冲序列。单量子比特门可以通过在TSS附近的失谐上引入AC驱动来实现。在TSS处的DQD的大偶极矩使得量子比特和腔谐振器之间能够强耦合，这导致两个量子比特纠缠门。当在适当的区域中操作并施加适度的脉冲序列时，单量子位和双量子位门都具有高于99%的保真度。我们的研究结果表明，利用TSS附近的适当的脉冲序列可以有效地获得高保真ST量子比特。
2021-06-06 quant-ph
Fidelity susceptibility made simple: A unified quantum Monte Carlo approach
保真度磁化率是研究相变的一种通用方法。保真度磁化率起源于量子信息和量子态的微分几何观点，它可以在不需要局部序参量先验知识的情况下指示相变的存在，以及揭示临界点的普适性质。然而，量子多体系统的保真度磁化率的广泛适用性，阻碍了有限的计算工具来评估it. We提出了一个通用的，高效的，优雅的方法来计算相关的费米子，玻色子和量子自旋系统的保真度磁化率在广泛的量子蒙特卡罗方法。它既适用于基态，也适用于非零温度的情况。蒙特卡罗估计量具有简单而通用的形式，可以在模拟中有效地评估。我们证明了这种方法的权力与应用程序的玻色-哈伯德模型，自旋$1/2$ XXZ模型，并使用它来检查假设的中间自旋液相在蜂窝晶格上的哈伯德模型。
2015-03-10 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.comp-ph
Experimental implementation of universal holonomic quantum computation on solid-state spins with optimal control
实验实现一组具有高保真度的通用量子逻辑门是量子信息处理的关键，而量子系统与环境之间不可避免的相互作用一直是量子信息处理的挑战。几何量子计算是噪声免疫的，因此提供了一种鲁棒的方法来提高控制保真度。在这里，我们实验实现了最近提出的可扩展的非绝热完整量子计算与固体自旋在钻石在室温下，它保持了灵活性和弹性对退相干和系统控制错误。与以前的几何方法相比，实验上提高了完整单量子比特和双量子比特量子逻辑门的通用集合的量子效率。因此，这项工作使容错可扩展几何量子计算在现实系统中的重要一步。
2021-02-18 quant-ph
Experimental fault-tolerant universal quantum gates with solid-state spins under ambient conditions
量子计算在某些问题上比经典计算提供了更大的加速。量子计算的关键挑战之一是在存在噪声的情况下实现对量子系统的精确控制。在环境条件下，以容错量子计算所需的精度控制固体中的自旋量子比特仍然是难以捉摸的。在这里，我们定量表征噪声源在量子门操作和演示策略，以抑制这些影响。本文报道了一组在金刚石中氮空位中心的通用逻辑门，其平均单量子位门保真度为0.999952，双量子位门保真度为0.992。通过复合脉冲和优化的控制方法，在室温下在天然丰富的13 C金刚石中实现了这些高控制结晶度。
2015-11-26 quant-ph
Universal gate-set for trapped-ion qubits using a narrow linewidth diode laser
我们报道了一种基于捕获$^{88}$ Sr $^+$离子的用于量子信息处理的高保真通用光量子比特门的实现。使用窄线宽二极管激光器进行所有相干操作。我们采用了主从配置的激光器，其中超低膨胀玻璃（ULE）法布里-珀罗腔被用作稳定的参考以及光谱滤波器。我们使用修正的Ramsey序列的离子来表征激光光谱，该序列消除了磁场噪声的影响。我们展示了高保真单量子位门与个人寻址，基于非均匀微动，在两个离子链以及莫默-索伦森两量子位纠缠门。
2015-05-11 physics.atom-ph quant-ph
Quantum criticality of generalized Aubry-André models with exact mobility edges using fidelity susceptibility
本研究利用量子保真率分析广义Aubry-André模型的量子临界现象，确定了其临界点的临界指数、斐波那契子序列数与普适类，验证了该方法在准周期系统量子临界研究中的有效性。
2024-05-22 cond-mat.dis-nn quant-ph
Fidelity of holonomic quantum computations in the case of random errors in the values of control parameters
研究了在任意回路和绝热连接情况下，外部控制参数的随机误差对完整量子计算稳定性的影响。对于小的随机不相关误差的情况，得到了一个简单的表达式。由于数学描述的普适性，我们的结果适用于任何可用完整性描述的物理系统。数值模拟证实了理论结果。
2006-01-21 quant-ph
High-Fidelity Single-Shot Toffoli Gate via Quantum Control
单触发Toffoli或受控-受控-非门对于经典和量子信息处理是理想的。Toffoli门本身对于可逆计算是通用的，并且伴随着Hadamard门，形成了用于量子计算的通用门集合。托福利门也是（非拓扑）量子纠错的关键成分。目前，Toffoli门是通过分解成顺序实现的单量子位门和双量子位门来实现的，与单次实现相比，这需要更长的时间，并且产生更低的整体性能。我们开发了一个量子控制程序来构造一个用于三个最近邻耦合超导transmon系统的单发Toffoli门，使得保真度为99.9%，并且在相同的现实条件下与纠缠两量子比特门一样快。该门是通过一个非贪婪的量子控制程序，使用我们的差分进化算法的增强版本。
2015-04-30 physics.comp-ph quant-ph
Universal fast flux control of a coherent, low-frequency qubit
\textit{heavy-fluxonium}电路由于在半通量阻挫点处具有长的弛豫和退相时间而成为超导量子处理器的一个有前途的构建块。然而，抑制的电荷矩阵元素和低跃迁频率使得使用标准协议执行快速单量子位门具有挑战性。我们报告了用于重置、快速相干控制和读出的新协议，该协议允许量子位以14 MHz的过渡频率进行高质量操作，其能量比环境热能尺度低一个数量级。我们利用更高水平的fluxonium来初始化具有$97$ \%保真度的量子位，对应于将其冷却到$190~\mathrm{μK}$。我们实现高保真度控制使用一套通用的单周期通量门，这是由直接合成的快脉冲，而等离子体辅助读出用于测量。在$T_1, T_{2e}\sim$ ~300~ $\mathrm{μs}$的量子位上，我们实现了$20-60$ ~ns的单量子位门，其平均门保真度为$99.8\%$。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Finite temperature fidelity susceptibility for one-dimensional quantum systems
我们计算了Luttinger模型的保真度磁化率chi_f，并证明了存在与温度T（或长度的倒数1/L）成线性关系的普适贡献。此外，我们开发了一个算法-基于晶格路径积分方法-计算一维量子系统在热力学极限下的保真度F（T）。通过对自由无自旋费米子的chi_f（T）的解析计算和对XXZ链的数值计算，检验了Luttinger模型的预言。最后，我们研究了该模型中两个相变处的chi_f。
2010-10-01 cond-mat.str-el quant-ph
Simulating Universal Quantum Gate Sets on Photonic OAM Qubits: Single-Qubit and Multi-Qubit Operations via Spatial Light Modulator Phase Holography
NED University of Engineering & Technology（NED工程与技术大学）
本文基于HOLOEYE LC 2012透射式SLM，通过三通道噪声模型模拟通用单量子比特门和两量子比特纠缠门，预测保真度在0.9914-0.9936之间，并分析了噪声来源和最优工作波长。
2026-06-24 quant-ph
Demonstration of Universal Parametric Entangling Gates on a Multi-Qubit Lattice
我们表明，参数耦合技术可以用来产生多量子位处理器的选择性纠缠相互作用。通过在频率调制下诱导相邻量子比特之间的相干布居数交换，我们实现了一个四个超导量子比特线性阵列的通用门集。利用量子过程层析成像技术对三个双量子比特门的平均过程保真度进行了估计，得到了$\mathcal{F}=93\%$。我们通过准备一个四量子比特的最大纠缠态，并将估计的状态保真度与各个纠缠门的预期性能进行比较，来确定这些技术对计算的适用性。此外，我们在所有可能的位串排列中准备了一个八量子位寄存器，并监控一对这些量子位上的两量子位门的保真度。在所有这样的排列中，观察到$\mathcal{F}=91.6\pm2.6\%$的平均保真度。因此，这些结果提供了一个可扩展的架构，具有高选择性和低串扰的路径。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal logic with encoded spin qubits in silicon
本文在单层刻蚀栅电极硅量子点器件中实现编码自旋量子比特的通用逻辑控制，通过随机基准测试验证了高保真度的双量子比特门操作，证明该架构兼具功能成品率与相干性，为容错量子计算提供可行路径。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
A single programmable photonic circuit for universal quantum measurements
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）
本文提出一种可编程测量处理器，实现任意量子测量，通过大规模集成光子架构实现高精度相干控制，验证了其在量子态鉴别、状态估计和随机性生成中的优越性能。
2026-03-20 quant-ph
Fidelity, susceptibility and critical exponents in the Dicke model
数值计算了Dicke模型的基态的保真度和磁化率。保真度的最小值确定了相互作用的临界值，在该临界值处发生量子相位交叉，对于有限数量的原子N，这是相变的前兆。这些观测量的演变研究作为N的函数，和他们的临界指数评估。利用临界指数恢复了比磁化率的普适曲线。给出了基态波函数数值计算精度的估计，并发现对于固定的截断，在临界耦合附近有其最低值。
2013-12-06 quant-ph
Time-optimal universal quantum gates on superconducting circuits
针对量子计算中退相干导致门保真度下降的问题，基于求解量子最速降线方程的时间最优控制，提出在二维方格超导量子比特上实现通用量子门的方案，双比特门保真度接近99.9%，并结合无退相干子空间编码抑制相位误差，为大规模量子计算提供了快速量子方案。
2023-10-24 quant-ph
On the Phase Covariant Quantum Cloning
众所周知，在相位协变量子克隆中，布洛赫球上的赤道态可以以高于为普适量子克隆建立的最佳界限的保真度被克隆。我们推广这一概念，包括其他国家的布洛赫球与一个明确的$z$组件的自旋。结果表明，一旦我们知道$z$分量，我们总是可以克隆一个态的保真度高于普适值和赤道态。我们还详细研究了输出副本的纠缠特性，发现赤道态是唯一能产生输出可分密度矩阵的态。
2002-09-07 quant-ph
High-fidelity error-resilient composite phase gates
我们提出了一种方法来构建高保真度的量子相位门，这是不敏感的各种实验参数的误差。相位门由一对两个连续的宽带复合脉冲组成，它们之间具有相位差$π+α/2$，其中$α$是期望的门相位。通过使用补偿脉冲面积、频率失谐或面积和失谐中的系统误差的复合脉冲，我们由此构造补偿相同参数中的误差的复合相位门。特别令人感兴趣的是使用最近发现的通用复合脉冲的相位门，其补偿驱动场的任何参数中的系统误差，其保持演化厄米（例如，脉冲幅度和持续时间、脉冲形状、频率失谐、斯塔克位移、剩余频率啁啾等。
2014-09-23 quant-ph
Large-N scaling behavior of the ground-state energy and fidelity in the Dicke Model
在Dicke模型的数值精确解的基础上，我们从基态能量、保真度和序参量的角度研究了量子临界性.利用有限尺寸标度分析了平均保真度磁化率和GS能量的二阶导数。得到了关联长度指数为$ν=2/3$，与Lipkin-Meshkov-Glick模型中的关联长度指数相同，具有相同的普适性.观察到平均FS和GS能量的二阶导数表现出相似的临界行为，证明了Dicke模型中的内在联系。分析了临界点处的序参量和GS能量奇异部分的标度行为，所得指数与1/N展开方案中的标度假设一致.
2009-08-16 quant-ph
Universal Quantum Gate Set for Gottesman-Kitaev-Preskill Logical Qubits
本研究在囚禁离子机械运动的有限能量 GKP 态上，通过动态调制自旋-运动耦合的最优控制，实验实现含单比特门和首个双比特纠缠门的通用逻辑门集合。
2024-09-09 quant-ph
Sub-- and super--fidelity as bounds for quantum fidelity
我们导出了量子态之间保真度的几个界。特别是，我们表明，保真度是有界的，从上面的一个简单的计算量，我们称之为超保真度。它类似于另一个称为次保真度的量。对于二维量子系统（N=2）的任何两个状态，所有三个量都重合。我们证明了次保真度和超保真度是凹函数。我们还表明，超保真度是超乘法，而次保真度是次乘法，并设计可行的方案来测量这些数量的实验。超保真度可用于定义量子态之间的距离。关于这个度量，量子态的集合形成了$N^2-1$维超球的一部分。
2008-11-19 quant-ph
Geometric Phase and Fidelity of The One-Dimensional Extended Quantum Compass Model in a Transverse Field
研究了在横场存在下扩展量子罗盘模型中基态的几何相位。利用Jordan-Wigner变换将哈密顿量映射到费米子系统上，再利用Fourier变换实现对角化，得到了精确解，并得到了动量空间中的基态和几何相位的解析表达式.此外，由于几何相位在临界点的发散性，还研究了几何相位极值的标度行为及其普适性。
2014-03-06 cond-mat.str-el quant-ph
