Realization of Fredkin Gate by Three Transition Pulses in NMR Quantum Information Processor
三量子位条件交换门（Fredkin gate）是一种通用门，可用于创建任何逻辑电路，并且有许多直接用途。本文在丙氨酸溶液中实验实现了只有三个跃迁脉冲的Fredkin门。目前还没有用较少的脉冲实现Fredkin门的实验报道。此外，我们的方案结构简单，易于在实验中实现。
2002-04-19 quant-ph
Optimal Realizations of Controlled Unitary Gates
受控非门和单量子比特门被认为是量子计算中的基本门。人们自然会问，要实现更复杂的门或电路，需要多少这样的基本门。回想一下，受控U门可以用两个受控非门和四个单量子位门来实现。我们证明了这种实现是最优的，当且仅当矩阵U满足条件tr U！= 0，tr UX！= 0，det U！= 1.我们还得到了最佳的实现在非通用的情况下。
2002-07-27 quant-ph
Teleportation of the U-NOT Gate and Quantum Cloning: a Computational Network and Experimental Realization
我们提出了一个计算电路，实现了上下文的Tele-UNOT门和通用的最优量子克隆机（UOQCM）。我们报道了利用偏振编码量子比特实现概率UOQCM的实验结果。这是通过在对称分束器上将输入量子比特与处于完全混合状态的辅助量子比特相结合来实现的。
2003-11-24 quant-ph
Realization of a deterministic quantum Toffoli gate with a single photon
量子受控逻辑门，包括受控非门和Toffoli门，在许多量子信息处理方案中起着关键作用。利用单光子的轨道角动量和偏振自由度设计并实验验证了确定性Toffoli门。另外，我们利用受控的非门产生Bell态。在我们的实验中，Toffoli门的有效转换率为$(95.1\pm3.2)\%$。此外，我们的实验设置不需要任何辅助光子和概率后选择。
2021-02-11 quant-ph
Experimental realization of linear-optical partial SWAP gates
提出了一类双量子比特部分SWAP门的线性光学实现方法。不同的门操作，包括SWAP和SWAP的纠缠平方根，可以通过改变一个经典的控制参数-即干涉仪中的路径差来获得。输出态重构、全过程层析成像和编队纠缠度的评估证明了该门的良好性能。
2007-11-28 quant-ph
Experimental realization of 7-qubit universal perfect controlled-NOT and controlled square-root NOT gates
受控非门和受控平方根非门在量子算法中起着重要的作用。本文报道了这两种通用量子逻辑门（受控平方根非门和受控非门）在7量子比特NMR量子计算机上的实验结果。进一步，我们提出了一种简单的实验方法来测量和校正受控相移门中的误差，这有助于在实验上构造更完美的相移门，也可以用于更多量子比特的离散傅里叶变换。
2001-09-12 quant-ph
Single-shot realization of nonadiabatic holonomic gates with a superconducting Xmon qutrit
非绝热完整量子计算由于其对控制误差的鲁棒性和高速实现等优点而受到越来越多的关注。用超导transmon qutrit实验验证了非绝热完整单量子比特门的原始方案。然而，原始协议需要两个非对易门来实现任意的单量子比特门，这使得门暴露于错误源的时间加倍，因此使门容易受到环境诱导的退相干的影响。随后提出了单次激发方案来实现一个任意的单比特非绝热完整门。在本文中，我们实验上实现了非绝热完整单量子比特门与超导Xmon qutrit的单次发射协议，其中所有的Clifford元素门都是通过单次发射实现的。通过量子过程层析成像和随机基准测试，单次激发门达到大于99%的保真度。
2018-11-15 quant-ph
Teleportation scheme implementing contextually the Universal Optimal Quantum Cloning Machine and the Universal Not Gate. Complete experimental realization
通过对量子态隐形传态的标准协议进行重大修改，实现了量子力学严格禁止的两个过程：通用非门和通用最优量子克隆机.特别地，已经报道了Tele-UNOT Gate的第一个实验演示，一种新的量子信息协议（cfr. quant-ph/0304070）。一个完整的实验实现的协议在这里。
2003-10-03 quant-ph
Experimental realization of a dynamic squeezing gate
压缩是一种非线性高斯运算，是构造其他非线性高斯门的关键。在我们的压缩门的实现中，压缩的量和方向可以通过具有1MHz工作带宽的外部驱动信号来控制。这为动态高斯处理开辟了一个全新的领域。特别地，该门可以立即用作量子立方门的确定性实现所需的前馈，这是通用量子信息处理的关键部分。
2014-09-12 quant-ph
Realization of the quantum Toffoli gate with trapped ions
用于量子信息处理的算法通常被分解为量子门操作的序列，最常使用单量子比特门和双量子比特门来实现[1]。虽然这样的操作构成了量子计算的通用集合，但作用于两个以上量子比特的门可以简化复杂量子算法的实现[2]。因此，单个三量子位操作可以取代复杂的两量子位门序列，这反过来又保证了更快的执行速度和更高的保真度。一个重要的三量子位操作是量子Toffoli门，它根据两个控制量子位的状态对目标量子位执行NOT操作。在这里，我们提出了第一个实验实现的量子Toffoli门的离子阱量子计算机。我们的实现是特别有效的，因为我们直接编码的相关逻辑信息的离子串的运动。[1]Diplenenzo，D.两位门是量子计算的通用门。Cond-mat/9407022，Phys.Rev. A 51，1015-1022（1995）。[2]Chiaverini，J. et al.实现量子纠错. Nature 432，602-605（2004）.
2008-04-01 quant-ph
Realization of Superadiabatic Two-qubit Gates Using Parametric Modulation in Superconducting Circuits
快速、鲁棒、低串扰的双量子比特门操作是可扩展量子信息处理的关键。参数驱动门对串扰不敏感，而超绝热控制可以在不损失精度的情况下提高门的速度。我们提出并实验实现了超导量子线路上的超绝热双量子比特门。我们的研究结果表明，在接近量子极限的门速度绝热保存，除了对控制不稳定的鲁棒性。我们展示了一个CZ门的错误率为5.8 $\%$，主要受量子位退相干，有前途的未来改进和可扩展的实现。
2019-11-28 quant-ph
Realization of quantum gates with multiple control qubits or multiple target qubits in a cavity
本文提出了一种利用腔中的四能级量子系统实现三量子比特受控相位门和一个量子比特同时控制n个目标量子比特的多量子比特受控非门的方案。不需要在栅极实施期间调整电平间距。多量子比特控制的非门的实现时间与量子比特的数量无关。将三比特相位门推广到多控制比特的n比特相位门，与传统的门分解方法相比，其计算步骤（复杂度）线性减少。我们的方案可以应用于各种类型的物理系统，如超导量子比特耦合到谐振腔和囚禁在一个腔中的原子。实验的可能性，我们的方法也提出。
2015-03-02 quant-ph
Contextual, Optimal and Universal Realization of the Quantum Cloning Machine and of the NOT gate
本文报道了用量子注入光参量放大（QIOPA）同时实现通用最优量子克隆机（UOQCM）和通用非门（UNV）。这两个过程，禁止在其确切形式的基本量子限制，被发现是普遍的和最佳的，和测量的保真度F<1被发现接近的极限值评估的量子理论。这项工作可能会启发，但很少探索内在的量子力学的深层结构的基本公理性质的互连。
2003-12-15 quant-ph
Simplified construction of $n$-qubit controlled phase gates and physical realization
我们证明了在第三层量子比特的帮助下，可以从$2n-4$双量子比特条件交换门、单量子比特控制相位门和两个单量子比特操作构造n量子比特相位门。与以前的方案不同，我们的方案使用辅助水平“暴露”一些状态的qutrit-qubit控制的相位门，而不是使用它来“隐藏”状态的条件动力学。附加级别的数目和单qutrit操作的数目都不需要随着$n$而增加。我们提出了一种腔QED中所需基本门的物理实现方法，并表明与以前的方法相比，总的门时间可以大大减少。
2012-07-19 quant-ph
Realization of quantum gates by Lyapunov control
我们提出了一种李雅普诺夫控制设计来实现特定的（或一族）酉时间演化算子，即，薛定谔图景中的量子门。两个例子。在第一部分中，我们说明了如何在单量子比特系统中实现Hadamard门，而在第二部分中，受控非（CNOT）门在具有Ising和Heisenberg相互作用的双量子比特系统中实现。此外，我们证明了控制可以驱动的CNOT门的局部等价类的时间演化算子和运营商保持在这个类永远与伊辛耦合的存在。
2014-01-14 quant-ph
Realization of a photonic CNOT gate sufficient for quantum computation
我们报告的第一个实验演示的量子控制非门不同的光子，这是经典的前馈。在实验中，我们仅使用线性光学、纠缠辅助光子对和后选择实现了这一目标。本实验所发展的技术对于利用线性光学进行量子信息处理具有重要意义。
2004-04-20 quant-ph
Buckyball Quantum Computer: Realization of a Quantum Gate
我们研究了由两个内嵌富勒烯分子组成的体系。我们发现该体系可以作为实现量子门的良好候选者。每个分子都包含一个带有自旋的原子，因此它们通过自旋偶极相互作用相互作用。我们表明，如果我们对每个包裹自旋施加静态和时间相关的磁场，可以实现相位门。我们已经评估了操作时间的$π$相位门，这是纳秒的顺序。我们对每个自旋的门时间的理论估计和实验退相干时间进行了比较。比较表明自旋弛豫时间远大于$π$门操作时间。因此，这表明，在退相干时间内，可以执行数千次量子计算操作。此外，通过对纠缠度的研究，我们对两量子比特系统的纠缠度也得到了很好的结果。这一发现为量子计算机的实现开辟了新的途径。
2005-10-31 quant-ph
Broadband Geodesic Pulses for Three Spin Systems: Time-Optimal Realization of Effective Trilinear Coupling Terms and Indirect SWAP Gates
宽带实现的时间最优测地线脉冲元素的有效创建的有效三线性耦合项的自旋系统由三个弱耦合自旋1/2。基于这些脉冲元素，间接SWAP操作的时间最佳实施的实验证明。基于宽带测地序列的间接SWAP门的持续时间比传统方法减少了42.3%。
2003-05-08 quant-ph
Observation of coherent oscillation of a single nuclear spin and realization of a two-qubit conditional quantum gate
固体中单个核自旋的拉比章动已被观测到。实验是在金刚石中单个氮空位缺陷中心的单电子和单13 C核自旋上进行的。该系统用于实现量子逻辑非和条件双量子比特门（CROT）。对CROT门的密度矩阵层析表明，在我们的实验中获得的门保真度高达0.9，足以用于量子算法。
2004-05-03 quant-ph
Possible realization of entanglement, logical gates and quantum information transfer with superconducting-quantum-interference-device qubits in cavity QED
我们提出了一个方案，通过将超导量子干涉器件（SQUID）放置在微波腔中，实现两个量子比特的最大纠缠态、受控相移门和SWAP门。我们还展示了如何将量子信息从一个SQUID量子比特转移到另一个SQUID量子比特。该方案不需要在SQUID和腔之间传递量子信息，只需要虚激励腔场，从而大大放宽了对腔的品质因数的要求。
2014-03-17 quant-ph
Feasibility of single-shot realizations of conditional three-qubit gates in exchange-coupled qubit arrays with local control
我们研究了在相邻量子位之间具有海森堡型交换相互作用的量子位阵列中实现单次Toffoli门和Fredkin门的可行性。根据可控性的李代数标准，这样的阵列是完全可控的-相当于允许通用量子计算-通过具有两个正交分量作用于单个“致动器”量子比特的塞曼控制场。采用这种本地控制设置，我们开始我们的分析与分段恒定的控制领域，并确定全局最大值的相关品质因数（目标门保真度）相结合的多启动为基础的聚类算法和拟牛顿型局部优化。随后，我们介绍了重要的实际考虑，如有限的频率带宽的现实领域和他们的泄漏远离致动器。我们找到了高保真度Toffoli门和Fredkin门实现所需的最短时间，并将其与各自的双量子位对应物-受控非和指数交换进行了比较。特别是，Toffoli门的时间相比，更有利的控制非比在标准的基于分解的方法。这项研究表明，使用单次激发方法可以减轻控制生成硬件在未来的实验实现的多量子比特门的负担。
2019-01-29 quant-ph
Experimental Realization of Single-shot Nonadiabatic Holonomic Gates in Nuclear Spins
非绝热完整量子计算由于其对控制误差的鲁棒性而受到越来越多的关注。然而，所有先前的方案必须使用至少两个顺序实现的门来实现一般的单量子位门。基于最近的两个工作，我们构造了两个哈密顿量，并在一个双量子位核磁共振（NMR）系统中通过单次激发实现了非绝热完整门。通过设计一个量子线路，使一个工作量子比特和一个辅助量子比特非线性演化，实现了两个分别沿$\hat{x}$和$\hat{z}$轴旋转的非对易单量子比特完整门.利用为NMR量子信息处理器开发的序列编译器，我们优化了整个脉冲序列，使实现的总误差最小。最后，所有的非绝热完整门在$98\%$上都达到了很高的无衰减实验能量
2017-03-30 quant-ph
Realization of a quantum perceptron gate with trapped ions
我们报道了在离子阱量子计算机中实现感知器量子门。在这个方案中，感知器的目标量子位根据与几个量子位的相互作用来改变其状态。目标量子位显示出可调的S形开关行为，当与其他percetron嵌套时，成为通用近似器。该过程包括施加到目标量子位的修整场的绝热斜降。我们还使用两个连续的感知器量子门来实现XNOR门，其中感知器量子位仅在两个输入量子位的奇偶性为偶数时才改变其状态。其适用性可以推广到高维门以及感知器观测量的任意有界连续函数的重建。
2021-11-17 quant-ph
Proposal for realization of a Toffoli gate via cavity-assisted collision
腔QED是研究小尺度量子信息处理的一种通用工具。在此设置中，我们描述了一个特定的协议，用于实现一个Toffoli门与里德伯原子和腔场。我们的方案使用共振和非共振相互作用，特别是腔辅助原子碰撞。该协议的实验可行性进行了仔细分析，数值模拟的帮助下，并考虑到退相干过程。此外，我们表明，我们的协议是最佳的实验设置所施加的约束内。
2003-06-09 quant-ph
The experimental realization of high-fidelity `shortcut-to-adiabaticity' quantum gates in a superconducting Xmon qubit
基于“捷径绝热”（STA）方案，我们在超导Xmon量子比特系统中设计并实验实现了一组高保真单量子比特量子门。通过精确的微波控制，量子比特被驱动以在反非绝热场的帮助下遵循快速的“绝热”轨迹，并通过绝热门校正导数去除。量子过程层析成像和交叉随机基准测试的实验结果表明，我们设计的STA量子门的过程保真度高于94.9%，门的保真度高于99.8%，非常接近于99.9%的门保真度。在STA协议下成功实现了一种替代的高保真度量子门。
2018-04-23 quant-ph
Realization of an n-qubit controlled-U gate with superconducting quantum interference devices or atoms in cavity QED
提出了一种利用超导量子干涉器件在腔QED中实现$n$量子比特控制的$U$门的方法。在这种方法中，SQUID的两个最低能级代表量子位的两个逻辑状态，而较高能量的中间能级则用于门操作。我们的方法基本上通过创建一个单光子通过控制SQUID之一，然后在目标SQUID上进行任意幺正变换与腔光子的协助下。此外，我们还证明了该方法可以应用于腔QED中的原子量子位实现$n $ %量子位控制的$U$门。
2006-02-01 quant-ph
Experimental realization of a fast controlled-Z gate via a shortcut-to-adiabaticity
对于频率可调的双量子比特系统，可以通过避免辅助态和计算能级之间的能级交叉来自动驱动量子比特系统来实现受控Z（CZ）门。在这里，我们从理论上提出了一个快速CZ门使用捷径绝热（STA）。在实验上，STA CZ门实现了两个耦合的超导Xmon量子位的52 ns的控制脉冲。在量子过程层析成像和随机基准测试中，STA CZ门的测量保真度均高于96.0%。该协议允许灵活设计的演变时间和控制波形。我们认为，这种“快速绝热”CZ门可以直接应用于其他多量子比特量子系统。
2018-11-20 quant-ph
Realization of Scalable Cirac-Zoller Multi-Qubit Gates
量子计算中的普适性定理指出，任何量子计算任务都可以分解为在一个和两个量子比特上操作的有限逻辑门集合。然而，这种分解的过程通常是低效的，通常导致指数级地多个门来实现任意计算任务。实际的处理器设计极大地受益于多量子位门的可用性，该多量子位门在多于两个量子位上操作以实现期望的电路。1995年，Cirac和Zoller提出了一种在囚禁离子系统中实现多量子位控制的$Z$门的方法，该方法对门所利用的运动模的基态冷却有严格的要求。另一种方法是Mølmer-Sørensen门，它对残余运动激励具有鲁棒性，并且已经成为许多高保真门演示的基础。这个门不能很好地扩展到两个量子比特以上，当用于构建许多目标算法时会产生额外的开销。在这里，我们利用长离子链的新性能优势来实现完全可编程和可扩展的高保真Cirac-Zoller门。
2023-01-18 quant-ph
Quantum control gates with weak cross-Kerr nonlinearity
在弱交叉克尔非线性条件下，我们首先提出了一种特殊的实验方案--C-路径门，利用它可以更简单地实现所有可能的双光子偏振态的二分POVM，并且几乎是确定性的。基于同样的技术，人们提出了量子控制门的实现方案，包括CNOT门（1/2）、Fredkin门（1/8）、Toffoli门（2/23）、CU门甚至MCU门。所有这些门都是可缩放的，具有一定的概率，这些概率大于线性光学中的那些门。这些门所需资源少，结构简单，在现有技术条件下是可行的，对实现光学普适计算有一定的意义。
2008-12-16 quant-ph
Realization of a Universal Quantum Gate Set for Itinerant Microwave Photons
本研究利用超导电路实现了微波频段无需后选择的确定性光子-光子通用门集合，测得单、双量子比特门保真度分别为75%和57%，为超导量子网络提供了新的技术路径。
2021-06-07 quant-ph
Path-shortening realizations of nonadiabatic holonomic gates
非绝热完整量子计算使用非阿贝尔几何相位来实现一组通用的量子门，这些量子门对控制缺陷和退相干具有鲁棒性。迄今为止，已经提出了许多基于三能级的非绝热完整计算方案，其中一些方案已经在实验上实现。然而，所有这些工作都是基于同一类非绝热路径，这源于第一个非绝热完整建议。在这里，我们提出了一个通用的一套非绝热完整门的基础上扩展类的非绝热路径。我们发现，非绝热完整门可以实现的路径比已知的更短，这提供了实现非绝热完整门的可能性，较少暴露于退相干。此外，这种新的路径类型的形式的启发，我们找到了一种方法来消除退相干从非绝热完整门不诉诸冗余。
2018-10-25 quant-ph
Experimental realization of programmable quantum gate
我们在实验上演示了一个可编程的单量子位量子门。该设备将酉相移操作应用于数据量子位，其中相移的值完全由程序量子位的状态确定。我们的线性光学实现是基于将量子比特编码成单光子的偏振态，在偏振分束器上进行双光子干涉，并对输出程序量子比特进行测量。我们充分表征的可编程门的量子过程层析成像。所实现的超过97%的平均量子过程保真度示出了对于编码相移的所有值的门的非常好的性能。我们还表明，通过使用一组不同的程序状态的设备可以作为一个可编程的部分偏振滤波器。
2008-12-08 quant-ph
Optimization of Controlled-Z Gate with Data-Driven Gradient Ascent Pulse Engineering in a Superconducting Qubit System
采用两种不同的数据驱动梯度上升脉冲工程（GRAPE）方案，分别以优化门算子和输出量子态为目标，实现了双量子比特控制Z（CZ）门的实验优化.对于两种GRAPE协议，梯度的关键计算利用输入Z控制脉冲和实验测量的混合信息。在平顶波形中的不完美的初始脉冲下，我们的实验实现表明，CZ门得到了快速改善，并且受到两个优化脉冲的门的正确率在99%左右。我们的实验研究证实了数据驱动的GRAPE协议在门优化问题中的适用性。
2021-04-24 quant-ph
Realization of arbitrary doubly-controlled quantum phase gates
为现实世界的应用开发量子计算机需要理解量子优势的理论来源，并将这些见解应用于设计更强大的机器。为此，我们引入了一个高保真度的门设置的启发，建议在优化问题的近期量子优势。通过协调一致的，多层次的控制三个transmon qutrits，我们合成了一个家庭的确定性，连续角度的量子相位门在自然的三个量子比特计算基础（CCPHASE $(θ)$）。我们通过$\mathcal{F}=87.1\pm0.8\%$的循环基准来估计该方案的过程保真度，高于参考两量子比特门分解。CCPHASE $(θ)$预计将有广泛的实验意义，我们报告了一个蓝图演示解决一类二元约束满足问题，其建设是一致的路径量子优势。
2021-08-03 quant-ph
Engineering fast bias-preserving gates on stabilized cat qubits
稳定化猫码通过一组偏置保持（BP）门提供一个有偏噪声信道，可以显著降低容错量子计算的资源开销.然而，所有现有的BP门方案都需要绝热量子演化，其性能受到绝热门期间的激发损耗和非绝热误差的限制。在这项工作中，我们应用基于导数的泄漏抑制技术来克服非绝热误差，这样我们就可以在Kerr-cat量子比特上实现快速BP门，从而提高门保真度，同时保持高噪声偏置。当应用于级联量子纠错时，快速BP门不仅可以改善逻辑错误率，而且可以减少资源开销，从而可以更有效地实现容错量子计算.
2021-05-28 quant-ph
Experimental realization of a quantum CNOT gate for orbital angular momentum and polarization with linear optical elements
我们提出并实验证明，一个马赫-曾德尔干涉仪组成的偏振分束器和五棱镜的地方的一个反射镜工作作为一个线性的光量子控制非（CNOT）门。为了执行信息处理，光子的偏振和轨道角动量（OAM）分别充当控制和目标量子位。读出过程很简单，在检测之前只需要一个线性偏振器和一个三角形衍射孔径。实验的可行性和稳定性使本建议成为未来实现光量子计算协议的有价值的候选者。
2018-07-16 quant-ph
Single-shot realization of nonadiabatic holonomic quantum gates in decoherence-free subspaces
无退相干子空间中的非绝热完整量子计算近年来引起了越来越多的关注，因为它允许高速实现，并且结合了完整门的鲁棒性和无退相干子空间的相干稳定性。自从第一个在无退相干子空间中进行非绝热完整量子计算的协议提出以来，人们提出了许多物理实现方案。然而，所有以前的方案都需要两个非对易门来实现任意一个量子比特门，这使得门暴露于错误源的时间以及资源消耗加倍。在本文中，我们提出了一个替代协议的非绝热完整量子计算中的消相干自由子空间，在消相干自由子空间中的任意一个量子比特门是通过一个单一的拍摄实现。该方案不仅保持了原方案的优点，而且避免了将两个量子门组合起来实现任意一个量子比特门的额外工作，从而减少了暴露于各种误差源的时间。
2017-06-09 quant-ph
On Geometric Realization of Quantum Computations in Externally Driven 4-Level System
讨论了利用非绝热几何相位实现量子门的可能性。结果表明，非绝热相和绝热相都可以用于量子门的实现。
2002-07-18 quant-ph
Traversing Quantum Control Robustness Landscapes: A New Paradigm for Quantum Gate Engineering
本文提出QCRL框架与RIPV算法，通过在鲁棒性水平集间变换脉冲，实现从任意鲁棒门配置出发构造抗噪量子门。
2025-01-09 quant-ph
Realization of high-fidelity CZ gates in extensible superconducting qubits design with a tunable coupler
高保真双量子比特门是实现大规模量子计算和模拟的基础。可调谐耦合器设计用于减少多量子比特系统中的寄生耦合和频率拥挤的问题，因此被认为是有利的。在这里，我们设计了一个可扩展的5量子比特系统，其中中心transmon量子比特可以通过电容可调谐耦合器耦合到每四个近邻量子比特，并通过操纵中心量子比特和一个近邻量子比特实验演示了高保真度控制相位（CZ）门。采用斑点纯度基准测试（SPB）和交叉熵基准测试（XEB）对直拉门的纯度保真度和保真度进行了评估。CZ门的平均纯度保真度为99.69 $\pm$ 0.04%，CZ门的平均纯度保真度为99.65 $\pm$ 0.04%，即控制误差约为0.04%。我们的工作将有助于解决大规模量子系统实现中的许多挑战。
2021-09-13 quant-ph
Circuit QED: single-step realization of a multiqubit controlled phase gate with one microwave photonic qubit simultaneously controlling $n-1$ microwave photonic qubits
提出了一种利用微波光子量子比特同时控制$n-1$目标微波光子量子比特实现多目标量子比特受控相位门的新方法。该门是用耦合到超导通量quutrit的$n$微波腔实现的。每个腔都有一个微波光子量子比特，它的两个逻辑态分别由单个腔模的真空态和单光子态表示。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被极大地抑制。该方案只需要一个单步操作，因此门的实现非常简单。门操作时间与量子比特的数量无关。此外，该方案不需要施加经典脉冲或任何测量。数值模拟结果表明，利用现有的电路QED技术，可以实现一个微波光子量子比特同时控制两个目标微波光子量子比特的受控相位门的高保真实现。该方案具有很好的通用性，可以应用于多种物理系统中，如多个微波或光腔耦合到自然或人工$Λ$型三能级原子中。
2019-10-18 quant-ph
Conservation-Law-Induced Quantum Limits for Physical Realizations of the Quantum NOT Gate
在最近的研究中，已经发现守恒定律通常导致量子计算的精度限制。从噪声算符与守恒量的对易关系或最近发展的一般测量中噪声-扰动折衷的普适不确定原理中，得到了各种逻辑运算的误差概率的下界。然而，获得实现量子非门的精度极限的问题已经从这些方法中避开了解决方案。在这里，我们开发了一种新的方法，这个问题的基础上分析的跟踪距离之间的输出状态从考虑中的实现和一个从理想的门。利用正交多项式的数学工具，在计算量子位加上控制系统的总角动量守恒的条件下，我们得到了实现量子非门的错误概率的一般下界，该下界与控制系统中的量子位数有关.下限证明是更严格的比人们可能期望从以前的结果。新方法有望在守恒定律下对各种类型量子计算的物理实现进行更准确的估计，并有助于解决相关问题，如可编程量子处理器的准确性。
2007-05-14 quant-ph
Experimental Realization of Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Quantum Gates\\ with Optimal Control in a Trapped Ion
利用几何相位诱导的量子门进行量子计算，由于其对操作噪声的鲁棒性，被认为是容错量子计算中一种很有前途的策略。然而，由于以前方案的参数限制，完整量子门的主要鲁棒性优势被涂抹。在这里，我们通过实验证明了一种解决方案，基于共振驱动的三能级系统，在捕获的Yb离子中实现了具有最佳控制的非绝热完整单量子位量子门，该方案还具有演化速度快、实现方便的优点。与相应的几何门和传统的动态门相比，我们的方案的优势是，它是更强大的控制幅度误差，这是证实了通过量子过程层析成像和随机基准测试方法测量门失真。此外，我们还概述了非平凡的两个量子比特完整门也可以实现在现有的实验技术。因此，我们的实验验证了这种鲁棒和快速完整量子计算策略的可行性。
2020-11-30 quant-ph
Experimental Realization of Universal Geometric Quantum Gates with Solid-State Spins
实验实现一组通用的量子逻辑门是实现量子计算机的核心要求。量子计算的全几何方法提供了一个实现的范例，其中所有的量子门都是基于Berry相位及其非阿贝尔扩展，即从希尔伯特空间中的量子态的几何变换中获得的完整性。除了其基本兴趣和丰富的数学结构之外，几何方法还具有一些内置的抗噪功能。在实验方面，已经使用具有液体分子的热集合的核磁共振观察到几何相位和完整性，然而，已知这样的系统对于量子计算是不可缩放的。有人建议在可扩展的实验平台上实现几何量子计算，如捕获离子，超导量子比特或量子点，最近的实验已经实现了超导系统的几何单比特门。在这里，我们报告的实验实现了一套通用的几何量子门与固态自旋的金刚石缺陷。金刚石缺陷提供了一个可扩展的实验平台，具有室温量子计算的潜力，近年来引起了人们的强烈兴趣。基于该系统相干控制的进展，我们的实验表明，全几何和潜在的鲁棒量子计算可以实现与固态自旋量子比特。
2014-11-12 quant-ph
Realization of controlled Remote implementation of operation
研究CRIO技术以实现高安全性的远程操作，基于光子-腔-原子系统构建CZ门与非绝热完整几何受控门，并利用反阻塞效应和动力学方案提升门在退相干下的鲁棒性。
2024-02-20 quant-ph
Quantum Fanout Gates in Constant Depth via Resonance Engineering
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所）；Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF（弗劳恩霍夫应用固态物理研究所）
本文提出利用共振工程实现n量子比特扇出门，通过Jaynes-Cummings相互作用在系统层面实现扇出门，并在常数时间内证明了线性保真度衰减，同时通过排列对称性将模拟复杂度从指数级降低到多项式级，支持100量子比特的模拟，展示了该门在稳定子读取和多项式加速中的潜力。
2026-05-11 quant-ph
Experimental realization of a topologically protected Hadamard gate via braiding Fibonacci anyons
拓扑量子计算（TQC）是实现容错量子计算机最引人注目的体系结构之一。在TQC中，逻辑空间和量子门是拓扑保护的，即，鲁棒性强，不受局部干扰。然而，拓扑保护需要相当复杂的晶格模型和难以操纵的动力学;即使是可以实现普适TQC的最简单的系统-斐波那契任意子系统-也缺乏物理实现，更不用说编织非阿贝尔任意子了。在这里，我们提出了一个可以实现Fibonacci任意子系统的磁盘模型，并利用Fibonacci任意子构造了拓扑保护的逻辑空间。通过编织Fibonacci任意子，我们可以在逻辑空间上实现泛量子门。我们的建议是平台独立的。作为演示，我们实现了一个逻辑量子比特上的拓扑Hadamard门通过一系列的$15$编织操作的三个Fibonacci任意子只有$2$核自旋量子位。通过随机基准测试，门保真度达到97.18%。我们进一步通过实验证明，逻辑空间和Hadamard门的拓扑保护：局部扰动由于热涨落的结果，在全球的阶段。我们的工作证明了TQC的原理，为容错量子计算铺平了道路。
2022-10-21 quant-ph
Experimental Realization of Universal Time-optimal non-Abelian Geometric Gates
基于量子相位的几何性质，非绝热完整量子控制（NHQC）已经成为构造量子门中增强鲁棒性的标准技术。然而，NHQC的传统方法对控制不稳定性敏感，因为它要求驱动脉冲覆盖固定的脉冲区域。此外，即使是小角度旋转，所有操作也需要在相同的持续时间内完成。在这里，我们实验证明了一个时间最优和非常规的方法NHQC（称为TOUNHQC），它可以优化任何完整门的操作时间。与传统的方法相比，TOUNHQC提供了一个额外的层去相干和控制错误的鲁棒性。该实验涉及一个可扩展的超导电路架构，其中我们实现了99.51%的保真度为一个单一的量子比特门使用交错随机基准。此外，一个两量子比特完整控制相位门已被实现，其中的门误差可以减少多达18%相比，NHQC。
2020-04-30 quant-ph
Fast CZ Gate via Energy-Level Engineering in Superconducting Qubits with a Tunable Coupler
Information Engineering University（信息工程大学）
本文提出通过可调耦合器的能级工程实现快速高保真CZ门，有效抑制非谐振偏移影响，拓展电路执行深度。
2026-03-09 quant-ph
Theoretical realization of a two qubit quantum controlled-not logic gate and a single qubit Hadamard logic gate in the anti-Jaynes-Cummings model
本研究在反-Jaynes-Cummings模型中理论实现了Hadamard门和量子受控非门，通过精确选择相互作用时间，在非正交基态子空间中获得单位成功概率，为量子计算提供了新方案。
2021-03-04 quant-ph
Nonunitary Gate Operations by Dissipation Engineering
不可逆逻辑与幺正量子演化不一致。通过经典测量来模拟这样的操作可能导致干扰和高资源需求。为了克服这些限制，我们提出了利用耗散实现不可逆门操作所需的非酉进化的协议。使用额外的受衰减的激发态，我们工程师有效的衰变过程，执行所需的门操作的最小稳定的希尔伯特空间。这些系统以确定性和自主方式运行，无需测量。我们讨论我们的方法考虑几个经典的逻辑运算，如或，或非，异或门。对于实验实现，我们讨论了一种可能的实现量子点。我们的研究表明，不可逆的逻辑操作可以有效地进行现实的量子系统和耗散工程是一个重要的工具，获得非幺正演化。所提出的操作扩展了量子工程师的工具箱，并在NISQ算法和量子机器学习中有很好的应用。
2022-01-28 quant-ph
Methods for linear optical quantum Fredkin gate
本文研究了仅用线性光学和单光子实现量子Fredkin门。首先，我们使用四个预示控制非（CNOT）门来构造一个预示Fredkin门。然后我们将此方法简化为仅利用两个CNOT门的后选择方法。我们还给出了这种方法的一种可能实现，该方法在当前的实验技术下是可行的。另一种后选择方案需要输入光子的时间纠缠，但不需要辅助光子。
2008-04-07 quant-ph
High-Fidelity Controlled-Phase Gate for Binomial Codes via Geometric Phase Engineering
Tsinghua University（清华大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
提出利用几何相位工程实现二项式编码逻辑量子比特的受控相位门，实验演示了97.4%的受控Z门过程保真度，超越了所有先前报道的玻色子码双逻辑量子比特门。
2025-11-09 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
