Architecture and noise analysis of continuous-variable quantum gates using two-dimensional cluster states
连续变量量子光学因其独特的可扩展性，成为大规模量子计算的重要平台。特别地，可以以确定性的方式容易地生成适合于通用量子计算和量子模拟的具有二维拓扑的非常大的簇状态，并且已知经由玻色子量子纠错的容错路线。在这篇文章中，我们提出了一个完整的基于测量的量子计算架构，用于在最近生成的二维团簇态上实现一组通用的门[1，2]。我们通过估计和最小化相关的随机噪声以及由此产生的门错误概率，分析了在这些簇状态以及其他二维簇状态（双层正方形晶格和四轨晶格簇状态[3，4]）中执行的各种量子门的性能。我们比较了四种不同的状态，发现，虽然它们都允许通用计算，四轨晶格簇状态比其他三个状态，都表现出类似的性能表现更好。
2020-10-20 quant-ph
Experimental implementation of continuous-variable QAOA on a quad-rail lattice cluster state
RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）；Department of Applied Physics, School of Engineering, The University of Tokyo（东京大学工学部应用物理系）；OptQC Corp.（OptQC公司）；Fixstars Amplify Corporation（Fixstars Amplify公司）
在四轨晶格簇态上实验实现了连续变量量子近似优化算法，通过贝叶斯优化调整变分参数，发现深度增加至2时性能提升，但进一步增加收益有限，主要受噪声和经典优化限制。
2026-06-09 quant-ph
The Category of Linear Optical Quantum Computing
本文回顾了光子电路产生的计算模型，包括光子在单个时间仓中穿过的边缘和理想化无损分束器和移相器给出的顶点。电路模型被抽象为多模光子玻色Fock空间上酉矩阵的对称monoidal范畴的表示。一个图形语言，旨在帮助理解和发展的光子算法，封装的类别属性，这种表示。作为形式主义的演示，玻色子采样方案和协议的Knill，Laflamme和Milburn的单轨光子计算机上开发的，并基于宇称的qudit模型进行了研究。
2022-11-24 quant-ph
Creation of Entangled Photonic States Using Linear Optics
仅使用线性光学元件，双轨光子纠缠态的产生具有固有的概率性。已知的纠缠产生方案具有低的成功概率，需要大规模复用来实现量子信息处理协议的近确定性操作。本文介绍了多种高概率光子纠缠态的产生技术和方法，这些技术和方法有可能极大地减少线性光学量子计算（LOQC）架构的占用空间。最值得注意的是，我们正在展示如何将贝尔态制备从四个单光子提高到p=2/3，用双轨贝尔态辅助将I型融合提高到75%，并将II型融合提高到贝尔态分辨的极限之外。
2021-06-25 quant-ph
Arbitrary Multi-Qubit Generation
我们提出并分析了一种单轨编码的任意多比特量子态产生方案，为量子光学和量子信息应用提供了一种通用的工具。我们的方案可以实现，对于少量的量子比特，与当前的技术使用单光子输入，无源线性光学，和预示测量。两个和三个量子比特的集群状态的具体例子进行了详细研究。我们表明，这样的国家可以准备一个成功的概率很高。我们的分析量化了实验相关的缺陷和效率低下的影响。讨论了任意N量子比特制备的一般情况，并给出了与玻色子采样问题的一些有趣的联系。
2016-07-18 quant-ph
QuMIMO Diversity over Discrete-Variable Free-Space Optical Channels
University of Luxembourg（卢森堡大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)（法赫德国王石油与矿产大学）
该研究针对离散变量自由空间光信道提出QuMIMO链路模型，通过信道适配的空间分集技术，在无需逻辑量子比特多副本的情况下提升未知偏振量子比特传输的平均保真度。
2026-08-17 quant-ph
Streamlined quantum computing with macronode cluster states
连续变量簇状态在与量子比特到玻色子模式的Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）编码一起使用时允许基于容错测量的量子计算。对于四轨晶格宏节点簇状态，其结构是由一个固定的，低深度的分束器网络定义的，我们表明，Clifford门和GKP误差校正可以同时实现在一个单一的隐形传态步骤。我们给出了实现Clifford生成集的具体方法，并计算了有限压缩下的逻辑门错误率。我们发现，$10^{-2}$ - $10^{-3}$的逻辑错误率，兼容的阈值的拓扑码，可以实现与压缩11.9-13.7 dB。提出的协议消除了现有方案中存在的噪声，并在当前最先进的光学实验范围内提出了容错所需的挤压。最后，我们展示了如何直接在簇状态中产生可扩展的GKP魔态。
2022-01-04 quant-ph
Generation of large-scale continuous-variable cluster states multiplexed both in time and frequency domains
在基于测量的量子计算（MBQC）的量子信息处理中，大尺度连续变量（CV）团簇态是必不可少的.特别地，在时域复用产生大规模CV簇状态更容易实现，并且在实验中具有很强的可扩展性。在这里，一维（1D）的大规模双轨CV团簇态的复用在时域和频域，它可以进一步扩展到三维（3D）的CV团簇态相结合的两个时间延迟NOPA系统与分束器。结果表明，平行阵列的数目取决于相应的频率梳线，每个阵列的分裂数可以很大（百万），三维团簇态的规模可以超大.该方案提供了一些特殊结构的CV团簇态，这将对混合域的量子计算具有重要意义。
2023-03-07 quant-ph
Phonon number measurements using single photon opto-mechanics
我们描述了一个由两个耦合的光腔模组成的系统，耦合由体机械谐振器调制。此外，腔模式之一不可逆地耦合到单个光子源。我们的方案是Jaynes-Cummings模型的光机械实现，其中量子位是双轨光学量子位，而玻色子自由度是作为体机械激发实现的物质自由度。我们表明，在这样一个系统中的机械振荡器的工程声子数状态的可能性，通过计算连续的光子计数测量后的力学的条件状态。
2012-07-25 quant-ph
Improved Heralded Schemes to Generate Entangled States From Single Photons
我们提出了一种新的半解析方法来构建最佳的线性光路，预示着生产的3光子GHZ和2光子贝尔态。我们提供了一个详细的描述和分析所产生的光学方案，提供成功的概率为1/54和2/27双轨编码的3-GHZ和贝尔状态的生成，分别。我们的研究结果提高了已知的建设性界限的成功概率为3-GHZ状态，是特别重要的弹道量子计算模型，这些国家提供了一个必不可少的资源。
2020-05-30 quant-ph
Twirling and Hamiltonian Engineering via Dynamical Decoupling for GKP Quantum Computing
引入了一种能量约束的近似旋转操作，可以用来对角化GKP量子纠错中的有效逻辑通道，将状态投影到GKP码空间中，并构造了一个具有快速位移脉冲的动态解耦序列，从一个合适的衬底哈密顿量中提取出GKP稳定器哈密顿量。后者由包括与约瑟夫森结并联的超电感的LC振荡器给出。该平台原则上允许受保护的GKP量子计算，而无需通过动态地生成“被动”稳定的GKP量子位来进行显式稳定器测量或状态重置。
2021-01-29 quant-ph
Optomechanical resource for fault-tolerant quantum computing
Yale Quantum Institute, Yale University（耶鲁量子研究所，耶鲁大学）；Department of Applied Physics, Yale University（耶鲁大学应用物理系）
本文提出利用光学机械学实现容错量子计算的可靠资源生成，通过声学模式作为量子记忆，实现单粒子态与小纠缠态的按需读取和转移。
2025-07-08 quant-ph
Universal quantum computing using electro-nuclear wavefunctions of rare-earth ions
提出了一种基于Kramers稀土离子的通用量子计算方案。它们的核自旋在塞曼分裂电子晶体场基态的存在下充当存储量子信息的“被动”量子比特。量子位可以通过快速相干跃迁到具有磁矩的激发晶体场态来光学激活。这些状态之间的偶极相互作用用于实现CNOT门。我们比较我们的建议与一个类似的硅中的磷施主原子的基础上，并讨论显着改善CNOT门时间相比，稀土实现通过较慢的偶极封锁。
2020-09-29 quant-ph
Dissipative Time Crystals as Passively Protected Oscillating Qubits
Clarendon Laboratory, University of Oxford（牛津大学克拉伦登实验室）；Université Paris-Saclay, CNRS, LPTMS（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，理论物理实验室）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）
本研究通过受驱动的耗散玻色系统实现持续振荡量子比特的被动保护，利用时间晶体动力学机制在无噪声子系统中稳定量子信息。
2026-10-23 quant-ph
Experimental realization of multipartite entanglement of 60 modes of a quantum optical frequency comb
我们报道了在双模泵浦光参量振荡器的量子光学频率梳中实现一个60模和两个30模双轨量子线团簇态的实验和表征。这是有史以来最大的纠缠系统，其子系统都是同时可用的。这种纠缠是由单个分束器将大量EPR对相干级联而成的，这一过程也是实现超晶格团簇态用于通用量子计算的基石。
2014-02-26 quant-ph
Deterministic entangling gates with nonlinear quantum photonic interferometers
针对线性光子量子计算的概率性局限，本文提出利用弱非线性干涉元件串联构造通用单、双量子比特门，理论上可实现保真度接近100%的确定性纠缠门。
2023-06-08 quant-ph
An Algebraic Approach to Linear-Optical Schemes for Deterministic Quantum Computing
线性光学无源（LOP）器件和光子计数器足以实现单光子的通用量子计算，并且已经提出了特定的方案。本文讨论LOP变换的代数结构与量子计算之间的联系。我们首先展示了如何将N个光学模式的Fock空间分解为有限维子空间，这些子空间适合于编码量子比特串并且在LOP变换下不变（这些子空间与U（N）的不可约酉表示空间有关）。接下来，我们将展示如何以算法方式设计LOP电路，它确定性地实现任何量子线路。我们也提出了一些简单的例子，如电路实现CNOT门和贝尔状态发生器/分析器。
2005-06-17 quant-ph
Clifford Manipulations of Stabilizer States: A graphical rule book for Clifford unitaries and measurements on cluster states, and application to photonic quantum computing
NSF-ERC Center for Quantum Networks, Wyant College of Optical Sciences, The University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学科学学院量子网络 NSF-ERC 中心）
本文提出了一种基于克莱因群框架的图示规则手册，用于高效操作集群态，并展示了其在光子量子计算中的应用。
2023-12-04 quant-ph
Quantum Computing with Continuous-Variable Clusters
连续变量的团簇态提供了实现量子计算机的潜在有前途的方法。本文扩展和进一步完善的理论基础和实验实施协议。我们通过光子探测给出了立方相位门的团簇态实现，它与零拍探测一起，促进了通用量子计算。此外，我们描述了通过无源线性光学产生任意图形状态所需的离线压缩资源。最重要的是，我们证明了有普遍的状态，每模式的离线压缩不增加集群的大小。通过引入连续变量图状态的简单表示，分析了图状态在可测条件下的变换和泛连续变量资源状态的存在性。
2009-03-19 quant-ph
Passive photonic CZ gate with two-level emitters in chiral multi-mode waveguide QED
本文提出利用二能级发射体阵列与手性多模波导的耦合，在极化激元本征态间诱导非线性π相移，从而实现高保真度的确定性无源光子条件门，并指出其可在拓扑光子平台等系统中实现。
2024-07-08 quant-ph
Minimal resources for linear optical one-way computing
利用线性光学的工具箱，我们解决了需要多少个最大纠缠光子对才能建立用于量子计算的团簇态的问题。由于双轨编码中所需的门必然是概率性的，具有已知的最佳成功概率，因此从经典控制的角度来看，这个问题相当于找到建立集群状态的最佳策略。我们开发了一个经典的战略的概念，并提出了严格的声明，最终的最大和最小使用资源的全局最优策略。我们发现，这种策略-也是最强大的退相干方面-产生的优势已经超过一个数量级的最大纠缠对的数量时，建设链的预期长度L=40，相比其他合法的策略。对于二维团簇状态，我们提出了第一个方案，实现最佳的二次渐近标度。这一分析表明，选择适当的经典控制，导致一个非常显着的减少资源消耗。
2006-04-03 cond-mat.other quant-ph
A robust W-state encoding for linear quantum optics
错误检测和校正是任何可扩展的量子计算架构的必要先决条件。考虑到量子系统中不可避免的不必要的物理噪声以及随着计算的进行而传播错误的倾向，计算结果可能会严重受损。无论物理实现的选择如何，这一观察都适用。在光子量子信息处理的背景下，最近对包括玻色子采样的无源线性光学量子计算产生了很大的兴趣，因为该模型通过快速主动控制消除了对前馈的高度挑战性要求。也就是说，这些系统根据定义是被动的。在通常的情况下，错误检测和纠正技术本质上是活跃的，这使得它们与这个模型不兼容，这引起了人们的怀疑，即物理错误过程可能是一个不可逾越的障碍。在这里，我们探讨了一种光子错误检测技术，基于光子量子比特的W状态编码，这是完全被动的，基于后选择，并与这些近期感兴趣的光子架构兼容。我们表明，这种W-状态冗余编码技术能够通过简单的扇出式操作抑制光子量子比特上的退相噪声，该操作由光学傅里叶变换网络实现，这在今天可以很容易地实现。该协议有效地将失相噪声映射为预告故障，在理想的无噪声限制下故障概率为零。我们提出了我们的方案的背景下，一个单一的光子量子比特通过一个嘈杂的通信或量子存储器通道，这还没有推广到更一般的背景下，全量子计算。
2020-07-12 quant-ph
Enhanced delegated computing using coherence
一个长期存在的问题是是否有可能安全地委派计算任务。最近，这一问题的经典和量子解决方案被发现。在这里，我们研究的经典和量子方法的相互作用，并显示如何相干可以被用作安全委托经典计算的工具。我们表明，一个客户端有限的计算能力-限制到一个异或门-可以通过操纵信息载体，可能占据两个状态的叠加进行通用的经典计算。使用单光子量子比特或相干光，我们实验性地实现了独立客户端和服务器之间的安全委托经典计算。服务器可以访问光源和测量设备，而客户端可以仅使用有限的一组无源光学设备来操纵光束。因此，我们的工作突出了如何将最小的量子和经典资源结合起来并用于经典计算。
2015-01-27 quant-ph
On photonic controlled phase gates
受控相位门作为产生纠缠的基元，在量子计算中起着核心作用。特别是在线性光闸阵列中实现量子计算实例的想法中，仔细观察可能是有益的。在这样的架构中，所有有效的非线性都是由测量引起的：因此成功的概率是这样的量子门的关键参数。在这篇文章中，我们讨论了这个问题的控制相位门，实现了一个和两个控制量子位的任意相位。在具有真空附属物的双轨编码中的后选择门的类内，我们确定最佳成功概率。我们构建的网络，允许通过今天的实验能力的详细实施。这里采用的方法似乎特别有用的集成线性光学电路的出现，提供稳定的单片结构上的干涉仪。
2010-07-05 quant-ph
Coincidence landscapes for polarized bosons
被动光学干涉与单光子注入到一些输入端口和真空到其他丰富的承认偏振，从而取代标量电磁描述的矢量理论，与最近的三重相位是一个著名的例子，这种丰富性。另一方面，如果通道数加倍，则已知将偏振并入干涉测量中等效于标量理论。我们表明，被动的多光子$m$信道干涉术所描述的SU（$m$）变换被取代SU（$2m$）干涉术，如果包括偏振，因此，多光子符合景观，其域对应于光子到达时间之间的各种相对延迟，是完全解释了现在的标准方法使用固有的计算符合采样概率。因此，我们表明，三重相表现为简单的SU（6）干涉与三个输入光子，在三个不同的输入端口的每一个光子。我们的分析将被动偏振多通道干涉到现有的标量场方法来计算多光子符合概率的干涉和揭秘三重相。
2018-07-10 quant-ph
Squeezing as a resource for time series processing in quantum reservoir computing
本研究探讨了压缩在量子储备池计算时间序列处理中的作用，发现多模态压缩能增强记忆并提升基准任务性能，其根源在于压缩增加提升了储备池对读出噪声的鲁棒性。
2023-10-16 quant-ph
Leakage Mobility and Passive Leakage Removal in Transmons with Tunable Couplers
University of Oulu（奥卢大学）；Universidad de Sevilla（塞维利亚大学）；Aalto University（阿尔托大学）
通过数值和解析方法研究可调耦合器Transmon中的泄漏动力学，发现即使消除单激发交换或ZZ相互作用，泄漏跳跃率仍为0.8-10 MHz，并利用泄漏迁移提出两种被动泄漏消除单元。
2026-07-02 quant-ph
Hybrid quantum-classical computation for automatic guided vehicles scheduling
本研究针对工厂空间受限下的自动导引车（AGVs）调度问题，采用 D-Wave 混合求解器结合量子与经典启发式算法，证明混合方法能高效解决实际规模的调度问题。
2024-08-06 cs.ET quant-ph
Developments in superconducting erasure qubits for hardware-efficient quantum error correction
Oxford Quantum Circuits（牛津量子电路）
本文探讨了超导擦除量子比特在硬件高效量子错误校正中的发展，通过结合内码与外码，提升噪声阈值并推动容错量子计算的实现。
2026-01-12 quant-ph
Ultrabroadband Passive Laser Noise Suppression to Quantum Noise Limit through on-chip Second Harmonic Generation
Department of Applied Physics and Ginzton laboratory, Stanford University（斯坦福大学应用物理系与金茨顿实验室）；Department of Electrical Engineering, Stanford University（斯坦福大学电气工程系）；Department of Physics, Stanford University（斯坦福大学物理系）
本文提出一种基于芯片的二次谐波生成技术，通过非共振纳米光子器件有效抑制激光强度噪声，实现超宽带噪声抑制，达到量子噪声极限，为高吞吐量量子技术和可部署光子传感系统提供新方案。
2026-03-26 physics.optics quant-ph
Preparing multi-partite entanglement of photons and matter qubits
我们展示了如何在量子比特之间产生事件准备的多体纠缠，这些量子比特可以被编码在光子或物质系统上。纠缠态物质系统，也可以作为单光子源，可以使用量子ph/0408040中提出的纠缠操作产生。我们展示了如何用光子量子比特纠缠这样的源，光子量子比特可以被编码在双轨、偏振或时间仓自由度中。随后，我们展示了如何投影测量的物质量子比特可以用来创建纠缠态的光子单独。物质量子比特的状态由生成的光子继承。由于纠缠操作可以用来生成用于量子计算的物质量子比特的团簇态，因此我们的过程使我们能够创建任何（纠缠）光子量子态，其可以被写入为量子计算机的结果。
2005-06-20 quant-ph
Quantum memristor with vacuum--one-photon qubits
本研究提出了一种基于真空一光子量子比特的量子忆阻器，实现了单轨相干叠加态的生成与相干性保持，并展示了其在神经形态量子架构中的应用潜力。
2025-03-04 quant-ph
Passive and active suppression of transduced noise in silicon spin qubits
Seoul National University（首尔大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究通过开环和闭环抑制技术提升硅自旋量子比特的相干时间与Rabi振荡质量，实现高保真度量子门操作。
2026-07-27 quant-ph
A quantum computing primer for operator theorists
这是对量子计算和量子信息的一些方面的阐述，这些方面与算子理论有关。在简单介绍之后，我们讨论量子算法。我们概述了量子信道的基本性质，或者等价地，完全正的保迹映射。量子错误检测和校正的主要定理，我们总结了一个特定的被动量子纠错方法的描述。
2004-11-11 math.FA math.OA quant-ph
Linear and continuous variable spin-wave processing using a cavity-coupled atomic ensemble
原子系综中的自旋波激发作为一种量子信息资源正受到人们的关注。然而，目前的技术与原子自旋波没有实现通用的量子信息处理。我们进行了理论分析的方法，以创建一个高容量的通用量子处理器和网络节点，使用一个合奏的激光冷却的原子，被困在一个一维的周期性的潜力和耦合到一个环形腔。我们描述了如何在铷原子系统中建立线性量子处理，并计算了预期的实验操作性能。其次，我们推导出一个有效的方法，以实现线性可控性与一个单一的原子系综，而不是两个系综提出的[K。C. Cox等人，《单模腔中原子的自旋波量子计算》，预印本2021]。最后，我们提出了利用自旋波处理器进行连续变量量子信息处理，并提出了一个方案，以产生大的双轨集群态用于确定性计算。
2021-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Passive leakage removal unit based on a disordered transmon array
针对量子比特子空间泄漏破坏量子纠错的问题，提出基于耦合无序transmon阵列加末位反馈/耗散重置的被动泄漏消除单元，利用能级局域保护比特子空间、共振增强泄漏迁移，找到两个最优测量速率，方案兼容现有超导量子处理器。
2025-08-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
A diagrammatic calculus of fermionic quantum circuits
本文提出费米子 ZW 演算，一种弦图语言，用于费米子量子计算，通过公理完备性证明和规范形式重写，实现费米子电路的计算与双轨编码的图解处理。
2019-08-30 cs.LO quant-ph
Passive Demultiplexed Two-photon State Generation from a Quantum Dot
本文提出利用受激双光子激发的全被动解复用技术，从单个量子点生成双光子态，突破EOM切换速度限制，并可与主动技术结合使多光子速率翻倍。
2025-02-20 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Circuit Mapping for Universal and Scalable Computing in MZI-based Integrated Photonics
针对后选择CZ门结构非规则且不可级联的问题，本文提出三波导路径编码、swap光子网络与辅助波导截断方法，实现MZI集成光子平台上的通用可扩展LOQC线路映射。
2024-01-30 cs.ET quant-ph
Two-level Quantum Walkers on Directed Graphs I: Universal Quantum Computing
在本文中，第一个系列的两个，我们提出了一个通用的量子计算模型，使用费米/玻色子多粒子连续时间量子行走与两个内部状态（例如，电子的上自旋和下自旋状态）。采用双轨编码来转换信息：单个量子比特由两条并行路径中的任一条中存在的单个量子步行者表示。我们开发了一个回旋门，它可以将步行者从一条路径移动到下一条路径，顺时针或逆时针，这取决于它的内部状态。它可以通过一个有向加权图上的单粒子散射来实现，图的边权分别为$1$和$\pm i$。迂回门还允许量子步行者的空间信息暂时编码在其内部状态中。通用门是由几个迂回门、一些作用于内部态的幺正门和直线路径上的两粒子散射适当组合而成的。在我们的模型中不需要任何辅助量子位。计算是通过将量子步行器通过适当设计的路径来完成的。也就是说，不需要任何时间相关的控制。与本模型兼容的量子随机存取存储器的物理实现将在第二篇论文（arXiv：2204.08709）中考虑。
2022-12-13 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
