A universal cloner allowing the input to be arbitrary states in symmetric subspace
提出了一种广义通用量子克隆机，它允许输入为对称子空间中的任意态。当输入为相同的纯态时，它就退化为通用量子克隆机。广义克隆器是最优的，在这个意义上，我们比较输入和输出约化密度算子在一个量子比特。量子比特的结果被推广到任意维的状态。
2001-08-13 quant-ph
Can A Universal Quantum Cloner Be Used to Design an Experimentally Feasible Near-Deterministic CNOT Gate ?
我们提出了基于量子克隆器的非确定性CNOT门、基于单光子对单光子的全光路由的量子开关、双光子量子位双面光学微腔中的量子点自旋、延迟线等线性光学光子器件。我们的CNOT为量子计算电路提供了78%的保真度和直接有用的输出，并且不需要辅助量子位或电子自旋测量。
2018-11-14 quant-ph
About economic qubit cloning
本文建立了Fuchs等人[C. Fuchs，N. Gisin，R.B.格里菲斯，C.S. Niu，和A. Peres，Phys. Rev. A 56 no4，1163（1997）]，以及由于Niu和Griffiths [Phys. Rev. A 60 no4，2764（1999）]的经济2量子比特对应物。给出了一个一般的、充分必要的判据，用以刻画3量子比特克隆子到2量子比特克隆子的约化。当这一标准得到满足时，经济克隆是可能的。我们表明，最佳的各向同性或通用的3量子比特克隆机是不能减少到一个2量子比特克隆机。
2003-09-09 quant-ph
Process optimized quantum cloners via semidefinite programming
我们应用半定规划设计了1到2个对称量子比特的量子克隆器。这些针对其联合输出状态相对于多个原件的产品的平均保真度进行优化。我们设计了1到2个量子比特的克隆器，用数值方法寻找最佳逼近非物理映射的完全正映射。我们讨论了这样设计的克隆机的属性。
2013-07-18 quant-ph
Optimal Universal and State-Dependent Quantum Cloning
我们建立了一个完美的量子克隆机的最佳近似，它可以从一个输入中产生两个克隆。我们分析了通用和国家依赖的克隆。通用克隆的最大克隆保真度为5/6。它既可以通过一种特殊的幺正演化实现，也可以通过一种新颖的隐形传态方案实现。构造了任意两个非正交态上的最优状态依赖克隆器，讨论了它们的并行性以及克隆过程中辅助物理资源的使用。最佳通用克隆器允许我们导出一个新的上界的量子容量的去极化量子信道。
1997-12-06 quant-ph
Optimal universal quantum cloning and state estimation
我们推导出了一个严格的上限的保真度的通用N到M量子比特克隆，有效的任何M \geq N，其中克隆的输出需要支持的对称子空间。我们的证明是基于两个克隆子的级联以及量子克隆和量子态估计之间的联系。我们将量子克隆器的操作推广到由组成量子比特的对称子空间上支持的密度矩阵描述的混合和/或纠缠输入量子比特。我们还扩展了这种输入的最优状态估计方法的有效性。
1998-10-08 quant-ph
The optimal cloning of quantum coherent states is non-Gaussian
我们考虑了量子相干态的最优克隆，并将单克隆和联合保真度作为品质因数。这两个最佳的并行性获得相空间平移协变克隆。值得注意的是，联合保真度通过高斯克隆器最大化，而单克隆保真度可以通过非高斯操作增强：对称非高斯1到2克隆器可以实现约0.6826的单克隆保真度，明显高于高斯设置中的2/3的最佳保真度。这种最佳的克隆器可以实现的光学参量放大器的补充与非高斯双峰态的特定源的装置。最后，我们表明，最佳的1到无穷大的克隆，对应于一个测量和准备计划的单克隆保真度，不能超过1/2。这个值是通过高斯方案实现的，即使有补充的束缚纠缠态也不能超过。
2004-12-13 quant-ph
Phase-Conjugated Inputs Quantum Cloning Machines
介绍了一种量子克隆机，它从相干态的$N$副本和其相位共轭的$N'$副本中产生$M$相同的最佳克隆。它还可以最佳地生产$M'=M+N'-N$相位偶联克隆，无需成本。对于精心选择的输入不对称$N'/(N+N')$，这台机器被证明比标准的$(N+N') \to M$克隆机提供更好的克隆性能。研究了最优平衡克隆器（$N=N'$）和最优测量（$M=\infty$）的特殊情况。
2001-02-15 quant-ph
Experimental linear-optical implementation of a multifunctional optimal qubit cloner
我们提出了一个多功能设备的最佳克隆一到两个量子位的第一个实验实施。先前的实现一直被设计为相对于关于克隆状态的一种类型的先验信息来优化克隆过程。相比之下，我们的“所有功能于一身”的实施是最佳的几个突出的制度，如通用克隆，相位协变克隆，也是第一次实现镜像相位协变克隆，当泡利的Z算子的期望值的平方是已知的。在所有这些制度的实验装置产生克隆几乎最大可实现的平均保真度（理论极限的97.5%）。我们的器件在量子信息处理，特别是量子通信方面有着广泛的应用前景。例如，人们可以使用它对各种密码协议进行非相干和相干攻击，包括通过泡利阻尼信道的量子密钥分发的Bennett-Bennard 1984协议。它也可以作为一个状态相关的光子倍增器应用于实际的量子网络。
2012-05-18 quant-ph
Mixed Qubit Cannot Be Universally Broadcast
我们表明，不存在任何通用的量子克隆机，可以广播一个任意的混合量子比特与恒定的保真度。在此基础上，我们研究了输入量子比特$ρ_s(θ,ω,λ)$的某些参数在保真度上为常数的依赖量子克隆器。对于$ω$为常数的情况，我们建立了保真度为1/2的$1\to2$最优对称依赖克隆器。当$λ$是唯一的保真度参数时，纯量子比特的$1\to M$最优量子克隆机也是混合量子比特的最优量子克隆机.对于混合量子比特的一般$N\to M$广播，情况非常不同。
2006-12-25 quant-ph
Lambda's, V's and optimal cloning with stimulated emission
我们表明，最佳的普遍克隆的偏振态的光子可以通过受激发射在三能级系统中，无论是λ型和V型。我们建立我们的系统与耦合谐振子，这使我们能够分析实现的克隆转换的结构的等价性。这些转换被证明是等价于Buzek和Hillery以及Gisin和Massar发现的量子比特的最优克隆转换。以前发现的一些作者的下转换克隆作为一个限制的情况下获得。我们证明了一个有趣的等效系统的λ原子和系统的成对纠缠V原子。最后，我们讨论了我们的光子克隆和量子比特克隆之前考虑的物理差异，并证明了在我们的情况下，克隆的保真度的界限也适用于量子比特。
2000-03-07 quant-ph
Asymmetric quantum cloning on orthogonal orbits and four-mode fermionic states
International Centre for Theory of Quantum Technologies, University of Gdańsk（格但斯克大学量子理论国际中心）
本研究针对正交群轨道上的纯态，确定了非对称量子克隆的完整可达保真度区域，构造了最优克隆通道，并应用于四模费米子态，发现局部最优克隆器唯一且无法用保高斯操作实现。
2026-09-21 quant-ph
Augmented fidelities for single qubit gates
平均门保真度是量化理想酉门变换与其实际实验实现之间的偏差的标准性能度量。平均值是相对于均匀分布在整个希尔伯特空间上的状态取的。我们分析（单量子位）和数值（双量子位）显示，如果均匀分布条件放松，由参数化分布-极帽和冯米塞斯-费舍尔分布-以及由此产生的平均值如何区分某些噪声模型，则该平均值将如何变化。特别是，我们证明了泡利通道沿三个轴具有不同的噪声率，可以忠实地区分使用这些增强的quantiities。
2020-11-12 quant-ph
About Covariant Quartit Cloning Machines
量子密码学和量子纠缠的研究传统上是基于二能级量子系统（量子比特），最近是基于三能级系统（量子比特）。我们研究了几类四能级系统的态依赖量子克隆。这些结果适用于对称和不对称克隆，因此也可以分析两个克隆的保真度之间的平衡。我们扩展瑟夫的形式主义克隆国家，以获得克隆机保持不变，在某些单一的转换。我们的研究结果表明，一个不同的克隆必须使用两个相互无偏的基地，这是由一个双阿达玛变换，比两个相互无偏的基地，是由傅立叶变换。这种不同的克隆是由于贝尔态的重新定义，尊重阿达玛变换的内在对称性。
2003-04-23 quant-ph
Benchmarking Gate Fidelities in a Si/SiGe Two-Qubit Device
我们报告了硅基自旋量子位中单量子位和双量子位门的首次完整表征，包括两个量子位之间的串扰和错误相关性。为此，我们使用标准随机基准测试和最近引入的称为字符随机基准测试的方法的组合，该方法允许更可靠地估计该系统中的双量子比特保真度。有趣的是，通过字符随机化基准测试，可以通过研究仅在单量子位门的参考序列中交错CPhase门引起的额外衰减来获得双量子位CPhase门保真度。这项工作为硅自旋量子比特中所有相关门的性能进一步提高奠定了基础，这些性能超过了容错量子计算的错误阈值。
2018-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving quantum gate fidelities by using a qubit to measure microwave pulse distortions
提出了一种新的方法来确定超导量子比特中的脉冲缺陷，并提高单门保真度。通过施加连续的正和负$π$脉冲，我们放大了由于微波脉冲失真引起的量子比特演化，这导致量子比特状态围绕垂直于预期旋转轴的轴旋转。测量这些旋转作为脉冲周期的函数，使我们能够重建到达样品的微波脉冲的形状。使用提取的响应对输入信号进行预失真，我们能够改善脉冲形状，并达到高于99.8%的平均单量子位门保真度。
2012-11-09 quant-ph
Multipartite Asymmetric Quantum Cloning
研究了非对称多体系统中量子信息的最优分布。我们引入克隆转换，采取$N$相同的副本的纯状态在任何维度作为输入，并产生一个集合的克隆与不相同的同源性。例如，如果将克隆划分为具有保真度$F^A$的一组$M_A$克隆和具有保真度$F^B$的另一组$M_B$克隆，则分析这些保真度之间的权衡，并展示最佳$N \to M_A+M_B$克隆机器的特定情况。我们还提出了一个最佳的$1 \to 1+1+1$克隆机，这是第一个已知的例子，一个三方完全不对称克隆。最后，它是如何显示这些克隆机可以光学实现。
2004-11-24 quant-ph
Economical quantum cloning in any dimension
探讨了在没有辅助系统的情况下克隆d维量子系统的可能性，扩展了在[Phys. Rev. A { \bf 60}，2764（1999）]中发现的用于量子比特的经济的相位协变克隆机。我们证明了不可能构建一个经济版本的最佳通用克隆机在任何维度。我们还表明，使用的anadministration上的通用形式的克隆机，d维相位协变克隆，最佳克隆所有均匀的叠加，可以实现经济上只有在D=2的尺寸。所使用的anterior支持的数字证据高达d=7。一个经济的相位协变克隆器仍然可以构建为d>2，虽然具有较低的保真度比需要辅助的最佳克隆器。最后，再次使用克隆机上的一个ananimals，我们表明，一个经济的版本的傅立叶协变克隆，最佳克隆的计算基础和傅立叶变换，也是可能的，只有在维度d=2。
2004-12-26 quant-ph
Fidelity benchmarks for two-qubit gates in silicon
通用量子计算将需要基于可扩展平台的量子比特技术，以及对单量子比特和双量子比特门操作的最大不一致性进行严格限制的量子纠错协议。虽然各种量子位系统在单量子位水平上显示出高的量子位，但超导体技术是唯一通过标准光刻技术制造的固态量子位，其已经证明了接近容错阈值的双量子位量子位。基于硅的量子点量子位也适合于大规模制造，并且可以使用同位素富集的硅实现高的单量子位栅极结晶度（超过99.9%）。然而，虽然已经在硅中展示了双量子位门，但还不可能使用随机基准测试来严格评估它们的可靠性，因为这需要以非零保真度完成大量量子位操作（$\gtrsim 20$）的序列。在这里，对于在门定义的量子点的电子自旋状态上编码的量子比特，我们展示了贝尔状态断层扫描，其精确度范围从80%到89%，以及两个量子比特随机基准测试，平均Clifford门保真度为94.7%，平均受控ROT（CROT）保真度为98.0%。发现与量子位的退相干时间$T_2^*$相比，这些量子度受到这里采用的相对慢的门时间的限制。因此，采用基于高拉比频率的快速门操作的硅量子比特设计，以及先进的脉冲技术，应该在不久的将来实现显着更高的量子效率。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal probabilistic cloning and purification of quantum states
研究了量子态的概率克隆和纯化。这些概率操作的性能通过理想和实际输出状态之间的平均保真度来量化。我们提供了一个简单的公式，最大可实现的平均保真度，我们明确地展示了如何构建一个概率操作，实现这种保真度。我们举例说明了我们的方法，如相位协变克隆的量子比特，克隆的相干态，和纯化的量子比特通过去极化通道和振幅阻尼通道传输。我们的例子表明，概率克隆可能会产生更高的保真度比最好的确定性克隆，即使应克隆的状态是线性相关的，并从一个连续的集合。
2004-03-23 quant-ph
Photonic quantum simulator for unbiased phase covariant cloning
我们提出的结果的线性光学光子实现的量子线路，模拟相位协变克隆机，通过使用两个不同的自由度的一个光子。我们实验模拟两个镜像的$1\rightarrow 2$克隆人的行动，他们每个人都偏置到布洛赫球的相对区域的克隆状态。我们表明，通过应用这两个克隆的随机序列，窃听者可以减轻添加到原始输入状态的噪声量，因此准备克隆没有偏见，但具有相同的个人保真度，掩盖其存在的量子密钥分发协议。输入偏振量子比特态被克隆到同一光子的路径量子比特态中，该光子被识别为量子密钥分发协议中的潜在窃听者。该设备具有灵活性，以产生镜像版本，最佳克隆状态的北半球或南半球的布洛赫球，以及模拟最佳和非最佳克隆机通过调整每个克隆机上的不对称性。
2017-12-01 quant-ph
Impact of Parallel Gating on Gate Fidelities in Linear, Square, and Star Arrays of Noisy Flip-Flop Qubits
本文通过仿真研究1/f噪声下四种flip-flop量子比特阵列中并行门控对门保真度的影响，比较线性、方形和星形几何结构，为优化小规模阵列操纵和设计更大阵列提供依据。
2024-07-29 quant-ph
Real-time feedback protocols for optimizing fault-tolerant two-qubit gate fidelities in a silicon spin system
本文提出了几种在快速FPGA硬件上优化和实现的单/双量子比特参数实时反馈协议，并利用小波分析噪声源，为实现与量子纠错兼容的系统高保真度量子比特操作提供了路径。
2023-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Symmetries in Quantum Key Distribution and the Connection between Optimal Attacks and Optimal Cloning
研究了最优集体窃听攻击和最优克隆攻击之间的联系，其中窃听者使用最优克隆者攻击量子密钥分发（QKD）协议.该分析是在[Devetak和Winter，Proc. of the Roy. Soc. of London Series A，461，207（2005）; Kraus，Gisin和Renner，Phys. Rev. Lett. 95，080501（2005）]中的离散变量协议。我们考虑一个方案，其中的协议和克隆人配备了对称性。这些对称性用于定义量子克隆场景。我们发现，在一般情况下，它并不认为最佳的攻击是一个最佳的克隆。然而，有一些协议类别，我们可以通过最佳克隆器识别最佳攻击。我们分析了具有2，d和d+1个互无偏基的协议，其中d是素数，并表明对于具有2和d+1个MUB的协议，最优攻击是最优克隆者，但对于具有d个MUB的协议，它不是。最后，我们给出了识别具有不同信号状态但具有相同最优攻击的协议的标准。使用这些标准，我们提出了量子比特协议，具有相同的BB84协议或6状态协议的最佳攻击。
2011-12-15 quant-ph
The pitfalls of deciding whether a quantum channel is (conjugate) degradable and how to avoid them
判断一个量子信道是否是可降解的是相对容易的：人们必须找到至少一个退化的量子信道的例子。但总的来说，没有结论性的标准可以表明相反的情况。利用初等方法，我们得到一个充分必要条件，以决定在什么情况下的结论是明确的。这一发现导致量子比特和量子转置去极化通道的抗降解区域的扩展。在量子比特的情况下，我们重现了量子比特去极化通道类的已知结果（由于它们的等价性）。结果之一是，最佳的量子比特和量子数不对称克隆器具有单字母量子容量公式。我们还调查了专门共轭降解通道的搜索标准的后果。
2015-11-10 math-ph math.MP quant-ph
Universal covariant quantum cloning circuits for qubit entanglement manipulation
我们考虑了通用协变量子克隆器或量子处理器电路对量子比特的纠缠操纵能力。我们调查它用于克隆一个成员的二分或真正的三分纠缠态的量子比特。我们发现，对于两体纯纠缠态，存在着非平凡的纠缠行为，而对于GHZ纠缠态，存在着部分提取两体纠缠的可能性。
2009-11-23 quant-ph
One-dimensional quantum computing with a 'segmented chain' is feasible with today's gate fidelities
原则上，最近邻链接量子位的1D阵列与容错量子计算兼容。然而，这种受限的拓扑结构需要大量的开销来重排量子位，因此容错阈值远低于2D架构。在这里，我们确定了一个中间立场：一个1D分段链，它是一个线性的片段阵列，每个片段都是一个具有全对全连接性的良好连接区域。该架构与离子阱和固态系统都相关。我们建立的容错可以实现单独的表面码，或通过一个额外的级联四量子比特规范码。我们发现，容错阈值为0.12%的15量子位段，而更大的段是优越的。对于每段35个或更多量子位，可以在不使用上级联层的情况下，利用当今最先进的并行性实现有意义的规模上的计算，从而最小化整体设备尺寸。
2017-02-18 quant-ph
Optical realization of universal quantum cloning
除了不可克隆定理，普适的对称量子克隆机首先由Buzek和Hillery提出。在这里，我们用线性光学器件实现了一到两个量子比特的Buzek-Hillery克隆机。这种方法依赖于用单个光子表示几个量子比特。我们证明了，对于任意输入纯态，两个输出量子比特与原始量子比特之间的保真度都是5/6（这被证明是一对二量子比特通用克隆器的最佳保真度）。
2001-07-10 quant-ph
Interspecies Förster resonances of Rb-Cs Rydberg $d$-states for enhanced multi-qubit gate fidelities
本文分析Rb-Cs里德堡d态的种间Förster共振，识别最强耦合通道，证明可实现最高k=4的高保真多量子比特C_kZ门，并发现d态比s态更有效抑制种内耦合，适用于大规模中性原子量子处理器。
2024-02-15 physics.atom-ph quant-ph
High fidelity state preparation, quantum control, and readout of an isotopically enriched silicon spin qubit
量子系统必须以高保真度进行准备、控制和测量，以便执行复杂的量子算法。硅自旋量子位的控制精度已经大大提高，但状态准备和读出精度通常很差。通过在低电子温度下工作并采用高带宽低温放大器，我们证明了单量子比特读出的灵敏度> 99%，超过了量子纠错的阈值。在相同的器件中，我们实现了平均单量子比特控制精度> 99.95%。我们的研究结果表明，硅自旋量子比特可以操作具有高的整体操作保真度。
2022-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Upper Bounds for the Number of Quantum Clones under Decoherence
通用量子克隆机（UQCM），有时称为量子克隆机，产生许多具有相同密度矩阵的输出，与量子力学基本原理所允许的输入状态非常相似。任何量子克隆器的实验实现都必须应对退相干的影响，退相干会终止UQCM所要求的相干演化。我们研究有多少克隆可以在一个消相干时间内产生。我们比较的时间，量子克隆器实现捕获离子需要产生$M$副本从$N$相同的纯态输入和退相干时间，在此期间的自发发射的概率变得不可忽略。我们找到一种方法来构建一个$N\to M$克隆电路，并估计所需的基本逻辑门的数量。事实证明，我们的电路非常容易受到自发发射的影响，因为电路中的门的数量与所涉及的量子比特的数量呈指数关系。
2002-11-11 quant-ph
Benchmarking low-power flopping-mode spin qubit fidelities in Si/SiGe devices with alloy disorder
本文通过模拟含合金无序的Si/SiGe器件，比较了单点与flopping-mode两种自旋量子比特驱动模式的噪声敏感性和门保真度，证明flopping-mode可在低几个数量级驱动功率下实现与传统单点电偶极自旋共振相当的保真度。
2025-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Fidelity Single-Qubit Gates for Two-Electron Spin Qubits in GaAs
GaAs双量子点中单重态-三重态量子位的单量子位操作尚未达到容错量子信息处理所需的精度。考虑到实验上的重要限制和使用测量的噪声谱，我们数值上最小化的退相干（包括高频1/f类噪声）的影响，并从理论上表明，量子门的量子效率高于99.9%是可以实现的。我们还提出了一个自洽的调谐协议，它应该允许直接在实验中消除个别系统的门误差。
2021-01-22 quant-ph
Simultaneous High-Fidelity Single-Qubit Gates in a Spin Qubit Array
RIKEN（理化学研究所）；National Taiwan University（国立台湾大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
研究硅自旋量子比特阵列中同时高保真单量子比特门的问题，核心方法是引入基于成对相位校准的可扩展缓解协议，主要贡献是实现了高保真控制，在多量子比特同时操作时保持了较高保真度，克服了关键挑战并凸显共享控制线潜力。
2026-07-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental asymmetric phase-covariant quantum cloning of polarization qubits
本文报道了$1 \to 2$非对称相位协变单光子偏振态克隆机的两种光学实现。实验装置结合了双光子干涉和可调偏振滤波，使我们能够控制克隆机的不对称性。第一个方案涉及一个特殊的不平衡体分束器，表现出不同的垂直和水平偏振分束比，分别。第二个实施方案包括一个平衡的光纤耦合器，光子聚束发生，其次是一个自由空间部分与偏振滤波器。通过这种后一种方法，我们能够证明非常高的克隆同源性，其高于通用克隆极限。
2008-10-15 quant-ph
Silicon qubit fidelities approaching incoherent noise limits via pulse engineering
容错量子计算的性能要求非常严格。量子比特必须以远低于1%的错误率进行操纵、耦合和测量。对于半导体实现，硅量子点自旋量子位已经证明了接近该阈值的平均单量子位Clifford门错误率，特别是在同位素富集的$^{28}$ Si/SiGe器件中具有0.14%的错误率。这种门的性能，以及高保真双量子比特门和测量，仅在假设噪声是不相干的情况下，才已知满足某些架构中的容错量子计算的阈值，并且需要更低的错误率来减少开销。在这里，我们的实验表明，脉冲工程技术，广泛用于磁共振，改善平均Clifford门错误率为0.043%的硅量子点自旋量子比特，一个因素3以前的最佳结果改善硅量子点设备。通过在随机基准中包括断层扫描完整的测量，我们推断出噪声的高阶特征，称为酉性，它测量噪声的相干性。这反过来又使我们能够从理论上预测，通过进一步的脉冲改进，可以实现低至0.026%的平均门错误率。这些性能最终受到马尔可夫噪声的限制，我们将其归因于从硅器件结构本身或环境发出的电荷噪声。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
The distribution of quantum fidelities
当应用于不同的输入态时，不完美的量子操作产生具有不同量子数的输出态，定义为它们与期望态重叠的绝对平方。我们提出了一个表达式为一类操作应用到一个一般的量子比特状态的概率分布，我们提出了一般表达式的方差和输入空间平均概率的任意线性映射有限维希尔伯特空间。
2008-07-30 quant-ph
Quantum Wasserstein distance and its relation to several types of fidelities
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）；Donostia International Physics Center DIPC（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯基克，巴斯克科学基金会）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利研究与创新网络维格纳物理研究中心）；HUN-REN Rényi Institute of Mathematics（匈牙利研究与创新网络雷奈数学研究所）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
本文研究了基于双量子态优化的量子Wasserstein距离，发现其与几种保真度形式相等，并证明了某些情况下三角不等式成立，同时展示了Uhlmann-Jozsa量子保真度与分离态的优化关系。
2026-02-12 math-ph math.MP quant-ph
Microscopic treatment of instantaneous spectral diffusion and its effect on quantum gate fidelities in rare-earth-ion-doped crystals
稀土离子掺杂晶体中瞬时光谱扩散效应对门操作的影响是未来稀土量子计算需要回答的重要问题。在这里，我们提出了一个微观模型，突出了随机性的现象，并使用它来调查ISD错误的单量子位门操作。此外，我们提出了一种方法来估计总误差从许多不同的误差源，只研究子系统包含一个误差源的时间。这使我们能够估计来自量子位附近的所有非量子位掺杂剂的总ISD误差。我们的结论是，光泵浦技术必须用来清空周围的吸收量子位跃迁的频率区域（传输窗口），以抑制ISD错误。尽管使用这样的窗口，仍然存在量子位具有比来自其他源的误差更大的ISD误差的大致$0.3\%$风险。在这些情况下，量子比特可以被丢弃，其频率信道可以被另一个量子比特重用。然而，在大多数情况下，ISD误差明显小于其他误差，因此尽管存在ISD，仍有可能执行噪声中间尺度量子（NISQ）算法。
2021-12-16 quant-ph
Asymmetric broadcasting of quantum correlations
在这项工作中，我们详尽地研究了$1 \rightarrow 2$本地和非本地广播的纠缠以及超越纠缠的相关性（几何不和谐）使用最一般的两个量子比特的状态为资源的非对称泡利克隆。利用最大纠缠混合态研究了纠缠的非对称广播。我们证明了广播范围的变化与资源状态中存在的纠缠量以及与克隆机中的不对称性。我们表明，这是不可能的最佳广播几何不和谐的帮助下，这些不对称泡利克隆机。我们还研究了利用非最大纠缠态作为纠缠源的$1 \rightarrow 3$广播问题。对于这项任务，我们介绍了一种方法，我们称之为连续广播，其中涉及应用程序的$1 \rightarrow 2$最佳克隆机多次。我们比较和对比的性能，这种方法的应用程序直接$1 \rightarrow 3$最佳克隆机。我们发现，$1 \rightarrow 3$最佳克隆做了更好的广播比连续应用程序的$1 \rightarrow 2$克隆和连续的方法可以是有益的，在没有$1 \rightarrow 3$克隆。我们还在手稿的最后一部分指出了克隆和广播任务之间的根本区别。我们创建的例子表明，存在本地幺正，可以用来提供一个更好的范围内的广播。这种幺正操作不仅经济，而且超过了使用现有克隆机获得的最佳可能范围，从而能够广播较小的纠缠态。这一结果开辟了一个新的方向，探索方法，以促进广播，这可能优于通过克隆转换实现的标准策略。
2019-01-11 quant-ph
Refocusing two qubit gates with measurements for trapped ions
动态解耦技术是提高栅极耦合度的首选方法。虽然这些方法在降低局部噪声和增加单量子比特操作的可靠性方面产生了非常令人印象深刻的结果，但处理两个量子比特门的噪声更具挑战性。主要的障碍是噪声时间尺度比两个量子比特门本身短，使得重聚焦方法不起作用。我们提出了一种基于测量和反馈的方法来重新聚焦两个量子比特门，这不能通过传统的方法重新聚焦。我们详细分析了这种方法的误差模型，这是相关的囚禁离子量子信息。
2016-04-20 quant-ph
Exact dynamics of single qubit gate fidelities under the measurement-based quantum computation scheme
基于测量的量子计算是实现普适计算的有效模型。然而，理论上的问题已经提出，主要是关于现实的噪声条件。为了阐明这个问题，我们使用基于测量的量子计算方案，当作为资源的量子比特与共同的退相环境相互作用时，评估了一些单量子比特门的精确动力学。我们报告了一个必要条件的保真度动力学的一般纯N-量子位状态，这种类型的错误通道相互作用，提出了一个振荡的行为，我们表明，对于初始的正则集群状态的保真度振荡作为时间的函数。这种状态保真度振荡行为给作用于该状态的通用门的计算结果的值带来了显着变化，这取决于我们选择应用我们的投影测量集的时刻。正如我们将看到的，考虑到在文献中经常发现的一些特定的门，投射测量集的快速应用不一定意味着高的门保真度，投射测量集的缓慢应用也不一定意味着低的门保真度。我们的保真度振荡行为发生的条件表明，由集群状态呈现的振荡是由于它的初始几何形状。可以用作基于测量的量子计算的资源的其他状态可以呈现相同的初始几何条件。因此，对于本方案来说，知道特定资源状态的保真度何时将在时间上振荡是非常重要的，并且如果是这种情况，那么什么是执行测量的最佳时间。
2012-08-02 quant-ph
Improving quantum gate fidelities using optimized Euler angles
给出了一种在给定两个固定哈密顿量的情况下计算量子比特状态转移和量子门工程的优化欧拉角的显式算法。它示出了如何算法使我们能够有效地实现单量子比特门，即使控制是严格限制和实验上可访问的哈密顿远离正交。它进一步表明，使用优化的欧拉角可以显着提高量子操作的保真度，即使是实验上可访问的哈密顿量接近正交的系统。与诸如复合脉冲的方案不同，所提出的方案不会显著增加局部操作或门操作时间的数量。
2009-10-01 quant-ph
Quantum Cloning of Binary Coherent States - Optimal Transformations and Practical Limits
量子比特和相干态的概念对应于不同的物理系统，并由特定的形式主义描述。量子比特与二维希尔伯特空间相关联，并且可以在布洛赫球上进行说明。相比之下，相干态的基本希尔伯特空间是无限维的，并且状态通常在相空间中表示。对于二进制相干态字母表的特定情况，这些不同的形式主义同样可以应用。我们利用这种形式上的联系来分析最佳克隆二进制相干态的性质。几个实际的和接近最佳的克隆计划进行了讨论，并与最佳克隆的性能相比较。
2016-09-07 quant-ph
Achieving High-Fidelity Single-Qubit Gates in a Strongly Driven Charge Qubit with $1\!/\!f$ Charge Noise
在双量子点中形成的电荷量子比特代表了典型的两能级系统，它们既易于控制又具有高效的读出。不幸的是，电荷噪声会导致快速的退相干，典型的单量子位门的量子数会低于$90\%$。在这里，我们开发的分析方法来研究强驱动的电荷量子比特的演化，一般和$1\!/\!f$电荷噪声谱。我们表明，特殊的脉冲技术可以同时抑制由于强驱动和电荷噪声的错误，产生单量子比特门与以上$99.9\%$的结晶度。这些结果表明，量子点电荷量子比特提供了一个潜在的路线，高保真量子计算。
2019-03-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
In-plane optimal qubit operation with control fidelities exceeding 99 %
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Beijing Superstring Academy of Memory Technology（北京超弦记忆技术研究院）
本研究报道了平面锗量子点中的单空穴自旋量子比特，通过优化磁场方向降低自旋-电敏感性，在最优工作点实现99.82%的最大门保真度，并显著提升相干时间与操控性能。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-control approach to realizing a Toffoli gate in circuit QED
我们研究了用量子控制方法在电路QED系统中实现超导量子比特的Toffoli门。从优化的分段恒定控制场作用于所有量子位和量子位之间XY型耦合的典型强度开始，我们证明了最佳门的性能只受到具有微波驱动的典型截止频率的这些场的“低通”滤波的轻微影响。将我们自己限制在控制场幅度的范围内，对于该范围，物理量子比特的非计算状态的泄漏被严重抑制，我们理论上预测，在没有退相干和泄漏的情况下，在75 ns内可以实现Toffoli门，其本征结晶度高于90%，而结晶度高于99%可以在大约140 ns内达到。
2012-01-28 quant-ph
Stroboscopically Robust Gates For Capacitively Coupled Singlet-Triplet Qubits
最近在GaAs中具有电压控制交换相互作用的伊辛耦合双量子点自旋量子比特的工作已经显示出从振荡交换以及相邻点之间的强磁场梯度的应用中改进的双量子比特栅极结晶度。通过研究噪声如何在系统的时间演化算子中传播，我们找到了一组最佳参数，这些参数提供了一阶双量子比特门中的被动频闪规避错误。我们预测在准静态和1/ $\textit{f}$噪声的存在下，超过99%的两量子比特门的量子数，这是一个数量级的改进，在典型的未优化的实现。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
The applications of EPR steering in quantum teleportation for two- or three-qubit system
EPR操纵是量子信息和计算中的重要量子资源。本文研究了它在量子隐形传态中的应用。首先，推导了基于EPR控制的平均隐形传态保真度的上界。当接收者只能进行恒等或泡利旋转操作时，违反三重线性操纵不等式的X型态可以用于隐形传态。最后，两个量子比特约化态对三个量子比特纯态的操纵观测量和平均隐形传态量子数保持相同的顺序。建立了三比特纯态的可操纵可观量与平均隐形传态量子数之间的互补关系。
2022-09-21 quant-ph
Purification and switching protocols for dissipatively stabilized entangled qubit states
纯粹的退相过程限制了驱动耗散方案稳定量子比特纠缠态所能达到的稳定性。我们提出了一个方案，结合现有的纠缠方法，通过驱动耦合到量子比特的辅助耗散腔模的平衡来纯化所需的纠缠态。我们列出了我们的方案的细节，并计算其效率在特定的上下文中的两个超导量子位在腔QED架构，其中强耦合的辅助模式提供的集体腔激发可以驱动和维持量子位在最大纠缠贝尔态与结晶度达到90%的实验可访问的参数。
2016-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental demonstration of optimal universal asymmetric quantum cloning of polarization states of single photons by partial symmetrization
我们报告了最优通用非对称1->2量子克隆机的实验实现，量子比特编码成单光子的偏振态。我们的线性光学机器进行非对称克隆的部分对称化的输入偏振态的信号光子和一个空白的复制闲频光子准备在一个最大的混合状态。我们表明，所采用的方法测量的平均克隆纯度表现出很强的弹性不完善的校准实验中使用的单光子探测器的相对效率。因此，即使在难以实现精确的检测器校准时，量子克隆器的可靠表征也是可能的。
2009-11-06 quant-ph
Efficient Amplification of Photonic Qubits by Optimal Quantum Cloning
我们证明了偏振量子比特的相位无关量子放大器是预言量子比特放大器的互补放大器[N. Gisin，S. Pironio和N. Sangouard，Phys. Rev. Lett. 105，070501（2010）]。它采用1到2复制机制的多功能克隆器，能够提供由各种概率分布给出的量子位的近似副本，并针对具有轴对称的分布进行优化。所提出的解决方案在量子技术中的直接应用是可能的，使量子信息相干广播的范围加倍。它还优于在体非线性材料中使用受激发射的自然非线性放大器。我们认为放大器是一个重要的工具，放大量子信息发送通过量子信道与相位无关的阻尼。
2014-06-19 quant-ph
Ultra-low-noise room-temperature quantum memory for polarization qubits
在这里，我们展示了一个超低噪声制度的操作在一个简单的量子存储器在温暖的Rb原子蒸气。通过模拟四能级室温原子的量子动力学，我们实现了单光子偏振量子比特的量子效率>90%，明显超过了利用非幺正存储效率的任何经典策略。这是第一次用室温设备跨越如此重要的阈值。此外，我们还展示了新的实验技术，能够产生接近统一的结晶度。我们的研究结果表明，简单，资源适中的实验室温度量子器件的潜力。
2017-06-04 quant-ph
Computing with spin qubits at the surface code error threshold
量子比特的高保真控制对于量子算法的可靠执行和实现容错是至关重要的，容错是在错误发生之前更快地纠正错误的能力。容错的核心要求是用错误阈值来表示的。然而实际的阈值取决于许多细节，一个共同的目标是众所周知的表面码的~1%的误差阈值。达到99%以上的双量子位门的正确率一直是半导体自旋量子位的长期主要目标。这些量子位非常适合缩放，因为它们可以利用先进的半导体技术。在这里，我们报告了一个基于自旋的量子处理器在硅单和双量子位门的结晶度都超过99.5%，从门集断层扫描提取。当包括相邻量子位上的串扰和空闲错误时，平均单量子位门的重复性保持在99%以上。利用这种高保真度的门设置，我们执行的要求很高的任务，计算分子基态能量使用变分量子本征求解器算法。现在，两个量子比特门保真度的99%障碍已经被超越，半导体量子比特已经获得了作为领先平台的可信度，不仅用于缩放，而且用于高保真控制。
2021-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
