Erasing Doppler Dephasing Error in Rydberg Quantum Gates
针对中性原子量子门中多普勒退相误差，提出利用失谐场缀饰辅助态结合最优控制实现完全鲁棒的里德伯双量子比特CNOT门，保真度达0.9965，显著降低温度要求。
2024-07-09 quant-ph
Gate fidelity, dephasing, and "magic" trapping of optically trapped neutral atom
门操作的保真度和被囚禁在光偶极阱中的中性原子的相干时间是应用的优点。囚禁原子的运动是影响门保真度和相干时间的关键因素之一。在分析这种影响时，将该运动视为经典振子。这里我们把原子的运动看作量子振荡器。在分析量子门的保真度和退相干时，考虑了原子振动态的布居数。我们表明，相干旋转门的保真度是显着的热囚禁原子的温度限制。我们还证明了如果微分频移稳定且振动态不发生变化，则由于原子热运动引起的两个超精细态之间的退相可以自然地再相位化。还讨论了陷阱激光强度起伏引起的退相干。通过将原子冷却到振动基态和/或使用蓝失谐陷阱，可以显著提高门保真度和相干时间。更重要的是，我们提出了一个“魔术”的捕获条件，准备原子进入特定的振动状态。
2022-08-01 quant-ph
Visualizing Kraus operators for dephasing noise during application of the $\sqrt{\mathrm{\mathrm{SWAP}}}$ quantum gate
我们考虑$\sqrt{\mathrm{SWAP}}$量子门及其优化的纠缠作用的情况下，通过连续的动力学解耦，在存在失相噪声。我们在仅控制双量子位操作并且描述中不包括单量子位操作的特定情况下说明该过程。为了将存在噪声的优化动态与理想情况进行比较，我们使用标准保真度度量。然后讨论了在量子运算概率论中使用优化门的重要性。由于其重要性的明确建设的完全积极的地图代表的操作，我们得到优化克劳斯运营商在这种特定的情况下，专注于纠缠操作。然后，我们将展示如何可视化的时间演变的每个克劳斯运营商作为一个曲线在三维欧氏空间。最后，我们通过描述一组可能的测量来获得克劳斯算子，从而将这种形式主义与量子力学的操作框架联系起来。
2021-03-18 quant-ph
Randomized benchmarking in the presence of time-correlated dephasing noise
随机基准测试已经成为一种流行且易于实现的实验技术，用于衡量量子计算设备中门操作的质量。一个典型的随机基准测试程序识别的保真度的指数衰减的基准序列的门的长度增加，和衰减率被用来估计的保真度的门。然而，保真度呈指数衰减依赖于门中的时间无关或静态噪声的假设，在门序列上的噪声中没有相关性或显著漂移，这在许多情况下是一个很好满足的条件。然而，已经观察到偏离标准指数衰减的情况，通常归因于噪声中的一定量的时间相关性，尽管偏离的精确机制尚未完全探索。在这项工作中，我们研究这个问题的随机基准时间相关的噪声-特别是时间相关的失相噪声的精确可解性-并阐明的情况下，偏离指数衰减可以预期。
2020-10-22 quant-ph
Robustness of Energy Landscape Control to Dephasing
本文研究量子系统在退相干影响下，保真度误差的鲁棒性，发现性能与鲁棒性呈传统权衡关系。
2023-10-17 quant-ph
State transfer in dissipative and dephasing environments
通过对角化广义超算符求解主方程，研究了耗散和退相环境对自旋网络中量子态转移、纠缠分布和纠缠产生的影响.结果表明，在相同退相干率$γ$的条件下，耗散环境的不利影响比退相环境的不利影响更严重。此外，随着自旋链长度$N$的增加，转移保真度和并发度达到其最大值的临界时间$t_c$迅速达到渐近值$t_0=π/2λ$。当系统处于耗散环境时，在时刻$t_0$的激励传递保真度与$N$无关，而当系统处于退相环境时，它随$N$的增大而减小。平均保真度显示对应于$N=4r+1$、$N=4r-1$和$N=2r$的三种不同模式。对于每个模式，当系统经受耗散环境时，时间$t_0$的平均保真度与$r$无关，并且当系统经受失相环境时，随着$r$的增加而减小。当$N$增加时，最大并发度也减小，当$N\rightarrow\infty$增加时，它达到由退相干速率$γ$和自旋网络结构确定的渐近值。
2011-10-07 quant-ph
Performance analysis of different photon-mediated entanglement generation schemes under optical dephasing and spectral diffusion
本研究针对固态量子发射器的光学退相与光谱扩散噪声，对比三种光子介导纠缠方案的性能，确定不同噪声区间的最优方案及对应测量参数，还探究了滤波对保真度的提升作用，为纠缠方案选择和测量策略制定提供实用指导。
2024-12-13 quant-ph
Dephasing of Exchange-coupled Spins in Quantum Dots for Quantum Computing
半导体量子点中的自旋量子比特为量子信息处理带来了可扩展性和长相干时间的希望。一种重要的半导体量子比特系统是捕获两个电子或空穴的双量子点，其自旋态编码通过交换相互作用耦合的单重态-三重态量子比特或两个单自旋量子比特。本文报道了双量子点中两个交换耦合自旋的自旋退相研究进展。我们首先讨论了基于交换作用的门定义量子点或施主原子中的双量子比特门和量子比特编码方案。然后，我们报道了单重态-三重态量子比特和双量子比特门的自旋退相研究进展。进一步讨论了抑制自旋退相的方法。对自旋退相的理解可以为实现基于自旋的量子计算的高保真量子门提供见解。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dephasing-insensitive quantum information storage and processing with superconducting qubits
构建实用量子计算机的一个中心任务是保护单个量子位不受退相干影响，同时保留执行涉及任意两个量子位的高保真纠缠门的能力。在这里，我们提出并证明了一个去相位不敏感的程序存储和处理量子信息在所有到所有连接的超导电路，涉及多个频率可调量子比特，其中每个可以可控地耦合到任何其他通过中央总线谐振器。尽管人们普遍认为额外的频率可调谐性增强了控制自由度，但对超导量子比特产生了更多的失相影响，但我们的研究结果表明，通过施加一个相位在脉冲中间反转的弱连续共振驱动场，任何单个量子比特都可以动态地与失相噪声解耦。更重要的是，我们展示了一种新的方法，通过连续驱动和量子比特-量子比特交换耦合的结合，实现具有固有动力学解耦的两量子比特相位门。我们发现，弱连续驱动场不仅使量子信息处理必不可少的条件动力学，但也保护两个量子比特在门操作期间的退相。
2018-07-10 quant-ph
Dephasing of coupled qubit system during gate operations due to background charge fluctuations
先前已经提出了一种可以基于超导纳米电路构建的量子计算机。我们研究了背景电荷涨落对用于这种计算机的耦合约瑟夫森电荷量子比特系统的影响。在以前的工作中，背景电荷涨落被发现是一个重要的退相通道的一个约瑟夫森量子比特。研究了约瑟夫森电荷量子比特系统电荷简并点处偏压涨落的影响。所评估的量是量子位的密度矩阵的栅极保真度和对角元素。涨落导致门误差，然而随着量子比特系统之间的相互作用的增加，量子门操作变得更加精确。
2004-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Suppress motional dephasing of ground-Rydberg transition for high-fidelity quantum control with neutral atoms
利用里德伯原子进行的许多控制任务的性能可以通过抑制中性原子基态和里德伯态之间的运动诱导退相来改善。退相通常发生在{ \it gap}时间内，此时原子在退激前处于里德堡态。通过在能隙时间内利用激光场诱导里德堡态发生特定的额外相变，可以使里德堡态在能隙之后忠实地转换回基态。尽管里德堡态在间隙时间内在不同本征态之间来回跃迁，但它保留了感兴趣原子与附近里德堡激发之间的封锁相互作用。这种抑制飞行里德伯原子运动退相的简单方法可用于对中性原子的广泛量子控制。
2019-09-09 physics.atom-ph quant-ph
Dephasing effects on quantum correlations and teleportation in presence of state dependent bath
本文研究态依赖浴对量子关联和单量子比特隐形传态的影响，发现初始系统-浴关联使量子关联持久，且平均保真度高于经典值。
2023-07-03 quant-ph
Open-System Adiabatic Quantum Search under Dephasing
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Siemens AG（西门子股份公司）
本文研究开放系统中绝热量子搜索的最优调度，推导出闭合表达式并确定退相干阈值，定义了物理可行的边界条件。
2026-10-14 quant-ph
Dephasing of coupled spin qubit system during gate operations due to background charge fluctuations
有人提出，量子计算机可以基于量子点中的电子自旋或基于超导纳米电路来构建。在双量子比特操作过程中，耦合参数的波动是一个关键因素。这种涨落的一个来源是背景电荷的搅动。我们着重研究了这种涨落对耦合自旋量子比特系统的影响。在交换耦合中引起的波动改变了纠缠量、保真度和纯度。在我们以前的研究中，发现背景电荷涨落是单个约瑟夫森量子比特退相的一个重要通道。
2004-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Universal quantum computation with quantum-dot cellular automata in dephasing-free subspace
利用量子点元胞自动机（QCA）和单自旋旋转，研究了在无相位子空间（DFS）中存在电子对的可能性，以实现高保真度和确定性的普适量子计算.我们表明，我们的QCA设备与电子隧穿二维是非常适合DFS编码，并认为我们的设计有利于可扩展的量子计算强大的集体失相错误。
2008-08-22 quant-ph
Impact of Temporally Correlated Dephasing Noise on the Fidelity of the 2-Qubit Deutsch-Jozsa Algorithm
本文通过Qiskit数值模拟研究Ornstein-Uhlenbeck时间相关退相位噪声对2量子比特Deutsch-Jozsa算法保真度的影响，发现保真度对相关时间呈非单调依赖，且标准马尔可夫模型仅在极短相关时间下有效，揭示了非马尔可夫建模对近量子设备算法性能评估的必要性。
2025-06-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Suppressing the geometric dephasing of Berry phase by using modified dynamical decoupling sequences
传统的动态解耦方法虽然具有抵抗低频噪声引起的动态失相的能力，但不适用于抑制参数空间中几何环扰动引起的残余几何失相。这阻碍了基于量子操纵的几何量子门精度的进一步提升。在本文中，我们设计了两种改进的动力学解耦方案来抑制残留的几何失相。进一步的数值模拟验证了我们格式的有效性。
2017-03-16 quant-ph
Continuously decoupling a Hadamard quantum gate from independent classes of errors
我们考虑保护阿达玛操作从独立的失相，位翻转，和耗散。这些环境引起的错误是由三个不相关的水库热化玻色子，我们表明，保护是通过连续的动态解耦。我们发现，去耦的阿达玛演化环境的影响，我们需要一个更高频率的控制场，如果玻色子谱密度是超欧姆比，如果它是欧姆的。我们还研究了位翻转和耗散的门保真度的相关性时，它是从失相保护，显示如何强大的部分保护是对这些其他扰动。最后，我们计算出一个有效的字段安排能够同时保护门操作这三个错误类。
2007-07-06 quant-ph
Action-Noise-Assisted Quantum Control
我们研究了动作噪声对状态到状态控制协议的影响。动作噪声在哈密顿量的瞬时本征基中产生移相，并且阻碍最终状态相对于目标状态的保真度。我们发现，对于较短的协议的噪声更强烈地影响动态和降低保真度。我们建议通过诱导更强的退相率沿过程中提高保真度。对一般哈密顿量描述了作用噪声对动力学及其操纵的影响，并通过实例进行了研究。
2017-09-26 quant-ph
A simple formula for the average gate fidelity of a quantum dynamical operation
本文提出了一个简单的公式，用于计算酉量子门和量子点上的一般量子操作之间的平均保真度，推广了Bowman等人[Phys. Lett. A 294，258（2002）]。该公式可用于实验测定平均门保真度。我们还给出了Horodecki等人[Phys. Rev. A 60，1888（1999）]的一个公式的简化证明，该公式将平均门保真度与纠缠保真度联系起来。
2002-05-12 quant-ph
Entanglement fidelity of quantum memories
我们引入了一个量子存储器的品质因数，它测量存储在存储器中和从存储器中检索的量子比特与辅助量子比特之间的纠缠的保持。我们考虑一个一般的量子存储系统，由一个介质的两个级别的吸收，与量子比特存储编码在一个单一的光子。我们推导出一个解析表达式，我们的品质因数考虑到高斯波动的哈密顿参数，例如模型非均匀加宽和存储时间退相。最后，我们专注于原子量子存储器的情况下，波动主要来自多普勒展宽和运动退相。
2007-01-15 quant-ph
Path integral approach to the quantum fidelity amplitude
洛斯赫里回声是量子不可逆性的度量，由不完美时间反演协议的保真度幅度决定。保真度振幅在量子力学的基础及其应用中，如时间分辨电子光谱学，都起着重要的作用。我们推导出一个精确的路径积分公式的保真度振幅和使用它来获得一系列越来越准确的半经典近似截断精确的扩展的路径积分指数。虽然零阶展开的结果在一个非常简单的，但非平凡的近似的保真度振幅，一阶展开产生一个替代的推导所谓的“退相表示”，规避使用半经典传播在原来的推导。基于二阶展开，我们还得到了保真度的近似表达式，解决了退相表示的一些缺点。从路径积分的严格推导允许识别的充分条件下，获得的各种近似成为准确的。
2016-05-02 quant-ph
Gate Synthesis in Dephasing-Limited Nitrogen-Vacancy Ensembles
Institut quantique, Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学量子研究所）；Département de physique, Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学物理系）；Keysight Technologies Canada（是德科技加拿大）；Département de génie électrique et de génie informatique, Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学电气与计算机工程系）
针对系综NV色心退相干限制下的门控制，提出ZXZXZ分解与复合脉冲方法，抑制误差累积超70%，实现鲁棒单比特控制。
2026-09-29 quant-ph
Gate fidelity of arbitrary single-qubit gates constrained by conservation laws
最近的研究表明，守恒定律限制了量子计算中门运算的精度。在角动量守恒定律下的不可避免的误差到目前为止已经针对自旋1/2量子比特的CNOT、Hadamard和NOT门进行了评估，而SWAP门没有约束。在这里，我们将上述结果推广到一般的单量子比特门。我们得到了在任意守恒律下实现的任意单量子比特门的门保真度的上界，该上界由守恒定律的几何形状和Bloch球上的门操作以及辅助的大小确定。
2009-04-16 quant-ph
Improving the Fidelity of Optical Zeno Gates via Distillation
我们已经模拟了Franson等人（PRA 70，062302，2004）的芝诺效应控制符号门，并且表明高保真独立操作需要高的双光子与单光子吸收比$κ$。因此，我们转而使用此门进行集群状态融合，其中对$κ$的要求限制较少。借助部分离线的单光子和双光子蒸馏，我们可以实现具有单位保真度但非单位成功概率的融合门。我们的结论是，对于$κ> 2200$，Zeno融合门将执行等效的线性光学门。
2006-09-29 quant-ph
Multifractality in the fidelity of the Toffoli gate
我们分析了工程Toffoli门的保真度的多重分形。利用量子控制方法，我们定义了几个优化问题，其全局解实现了XY海森堡相互作用的三个量子比特链中的门。我们通过引入$1/f$噪声形式的缺陷来扰动系统。多重分形分析表明，当用于呈现保真度的优化控制脉冲对interqubit耦合强度的变化不太敏感时，栅极保真度的多重分形程度增加。
2014-09-15 quant-ph
Quantum control for high-fidelity multi-qubit gates
纠错的量子控制对于量子计算机的实际应用至关重要。我们解决单次多量子比特门的量子最优控制问题，将其作为哈密顿模型的可行性问题，然后用标准的全局优化软件求解。我们的方法产生更快的高保真度（$>$ 99.99\%）的单发三量子比特门控制比以前获得的，我们的方法使我们能够解决快速高保真度四量子比特门的量子控制问题。
2019-05-04 quant-ph
Optimized pulse shapes for a resonator-induced phase gate
共振诱导相位门是一种用于固定频率超导量子比特的多量子比特受控相位门。通过总线谐振器的非谐振驱动，静态耦合的量子比特获得状态依赖的相位。然而，光子损失导致门期间的退相，并且在门之后谐振器和量子比特之间的任何残余纠缠导致退相干。在这里，我们考虑如何整形驱动脉冲以最小化这些不必要的影响。首先，我们回顾了门的纠缠和退相率如何依赖于系统参数，并验证了封闭形式的解决方案对直接数值解的主方程。接下来，我们提出了样条脉冲形状，减少剩余量子位总线纠缠，对谐振器位移的不精确知识具有鲁棒性，并且可以通过使用更高次的多项式来缩短。最后，我们提出了一个程序，优化的脉冲的子空间，离开谐振器未填充。这找到了进一步减少栅极持续时间的成形驱动脉冲。假设现实的参数，我们展示了成形脉冲，有可能实现~212 ns样条脉冲门和~120 ns优化门与~ 6 e-4平均门失真。这些例子并不代表门的基本限制，原则上甚至更短的门也是可以实现的。
2015-04-06 quant-ph
High-fidelity resonator-induced phase gate with single-mode squeezing
我们提出利用窄带单模压缩驱动来提高电路QED中两量子比特共振诱导相位门的保真度。我们发现存在一个最佳的压缩角和强度，擦除量子比特的“哪条路径”的信息泄漏出腔，从而最大限度地减少量子比特退相在这些门。我们的门保真度的分析结果是在良好的协议与级联主方程，考虑到压缩辐射源的动力学的数值模拟。与现实的参数，我们发现，这是可能的，以实现一个控制相位门的门时间为200 ns和平均失真的$10^{-5}$。
2016-01-13 quant-ph
High-fidelity, high-scalability two-qubit gate scheme for superconducting qubits
高质量的双量子比特门操作对于可扩展的量子信息处理至关重要。通常，当系统变得更加集成时，栅极保真度会受到影响。因此，非常需要低错误率、易于缩放的双量子位门方案。在这里，我们实验证明了一种新的双量子比特门方案，利用固定频率的量子比特和超导量子线路中的可调谐耦合器。该方案需要较少的控制线，减少串扰效应，简化校准过程，但产生的控制Z门在30 ns的高保真度为99.5%，来自交错随机基准测试方法。误差分析表明，门误差主要是相干限制的。我们的演示为大规模实现高保真量子操作铺平了道路。
2020-12-22 quant-ph
High fidelity quantum gates of trapped ions mediated by a dissipative bus mode
我们描述了在耗散总线模式下囚禁离子的纠缠量子门的最佳实现。通过适当成形的控制脉冲，可以在保持介导的相互作用的同时显著降低离子-声子纠缠。
2016-10-26 quant-ph
A high fidelity heralded squeezing gate
在连续变量量子计算\cite{PRA79062318,PRL112120504}中，一个能压缩任意输入态的通用压缩门是必不可少的。然而，在目前的现有技术水平的技术\cite{PRA90060302,PRL106240504}中，这样的门的保真度最终受限于创建无限能量的压缩真空模式的需要。在这里，我们绕过这个基本的限制，通过使用一个预示着挤压门。我们提出并实验证明了一个压缩门，可以实现近单位保真度的相干输入态。特别地，对于\SI{2.3}{\dB}的目标压缩，我们报告了\SI{98.5}{\%}的保真度。即使当以相同的检测效率为基准时利用\SI{15}{\dB} ~ \cite{PRL117110801}的当前最佳可用的挤压，该结果也不能由常规方案再现。我们的技术可以应用于非高斯态，并提供了一个有前途的途径，对高保真度的门操作和容错量子计算。
2020-06-01 quant-ph
Quantum Gate Fidelity in Terms of Choi Matrices
利用Choi矩阵计算和比较了量子信道的量子门保真度，得到了新的结果。我们扩展了最近的工作，表明存在非对偶对的量子信道具有相等的门保真度，通过提供一个明确的表征所有这样的通道。我们使用我们的表征表明，当维度为2（或3，在稍强的假设下）时，两个通道的门保真度相等，当且仅当它们的差等于一些酉映射及其对偶的差--当维度为4或更大时，这一事实已被证明是错误的。我们还提出了一个公式的最小门保真度的通道中的一个很好的研究规范的压缩其Choi矩阵。因此，接下来有几种新的方法来限制和近似最小门保真度，包括一个简单的半定程序来计算量子比特通道。
2011-11-07 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
Resonator-mediated quantum gate between distant charge qubits
本研究理论证明微波谐振器光子可在色散区间介导两个远距离电荷量子比特间的 iSWAP 与 √iSWAP 门，并分析噪声对保真度的影响。
2024-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
From randomized benchmarking experiments to gateset circuit fidelity: how to interpret randomized benchmarking decay parameters
随机基准测试（RB）协议已经成为一个重要的工具，提供一个有意义的部分表征实验量子操作。虽然已知RB衰减率能够估计门独立马尔可夫噪声下这些操作的平均保真度，但在门相关噪声下，该速率更难以严格解释。在本文中，我们证明了单量子比特RB衰变参数$p$与门集电路保真度的衰变参数一致，这是一种新的品质因数，它表征了门集操作的任意电路的预期平均保真度。我们还证明，在高保真单量子比特实验的限制下，平均门保真度和RB实验结果之间可能存在的惊人脱节可以简单地解释为门与状态准备和测量程序之间的基础失配，即标记泡利矩阵的单一自由度。基于数值证据和物理动机的参数，我们推测，这些结果也适用于更高的维度。
2018-09-10 quant-ph
High-fidelity three-qubit iToffoli gate for fixed-frequency superconducting qubits
研究固定频率超导量子比特中高保真三比特 iToffoli 门的实现，基于交叉共振效应并同步施加微波脉冲，达到 98.26% 的过程保真度，为多比特门开发开辟了新路径。
2023-06-29 quant-ph
Variability and Fidelity Limits of Silicon Quantum Gates Due to Random Interface Charge Traps
硅为量子计算的硬件实现提供了一个有吸引力的材料平台。本研究发展一种微观随机模拟方法来模拟硅金属氧化物半导体（MOS）量子门中随机界面电荷陷阱的效应。统计结果表明，在同位素纯硅中使用快速双量子位门，硅基双量子位量子门的保真度>98%，达到最新MOS界面质量的概率为75%。通过使用复合门脉冲，保真度可以进一步提高到>99.5%，概率为75%。然而，量子门器件之间的变化主要是由于每个器件的陷阱数量少。结果突出了由于随机电荷陷阱和潜在的可变性考虑的重要性，以提高基于硅的量子计算的保真度。
2020-11-11 quant-ph
High-fidelity and robust controlled-Z gates implemented with Rydberg atoms via echoing rapid adiabatic passage
本文提出一种基于里德伯原子的回波快速绝热跃迁方案，实现高保真度（>0.9995）的CZ门，并可扩展至多比特门，具有强鲁棒性。
2024-08-29 quant-ph
Process fidelity estimation of linear optical quantum CZ gate: A comparative study
我们提出了一个系统的比较不同的方法的保真度估计的线性光量子控制Z门实现的双光子干涉的部分偏振分束器。我们已经利用了一个线性保真度估计的基础上的蒙特卡罗抽样技术，以及一个非线性估计的基础上极大似然重建的一个完整的量子过程矩阵。此外，我们还计算了由两个相互无偏基的平均量子态量子数决定的量子门保真度的下限。为了探测各种制度的操作的门，我们引入了一个可调延迟线之间的两个光子。这使我们能够从高保真操作转移到光子变得可区分的状态，并且该方案的成功概率显着取决于输入状态。我们详细讨论了可能影响门保真度估计的系统效应。
2014-03-19 quant-ph
Universal quantum computation in decoherence-free subspaces with hot trapped-ions
我们考虑在集体失相自由子空间中编码的逻辑量子比特上产生一组通用量子门的相互作用，并讨论它们与捕获离子的实现。这允许去除目前捕获离子实验中最大的退相干源，即集体退相。此外，一个明确的参数化的所有两体哈密顿能够产生这样的门，而系统的状态永远退出受保护的子空间。
2007-06-01 quant-ph
Efficient experimental design of high-fidelity three-qubit quantum gates via genetic programming
我们已经设计了有效的量子线路的三量子比特Toffoli（控制-控制非）和Fredkin（控制-交换）门，通过遗传编程方法优化。由此获得的门实验上实现的三量子位NMR量子信息处理器，具有高保真度。Toffoli和Fredkin门与单量子位Hadamard门一起形成了量子计算的通用门集，并且是几种量子算法的重要组成部分。遗传算法是一种基于自然选择和生物遗传学逻辑的随机搜索算法，已广泛应用于量子信息处理应用中。数值优化的三量子位量子门的射频脉冲轮廓实现了$> 99\%$保真度。在实验实现的脉冲具有短持续时间并且可以以高保真度实现的约束下进行优化。因此，门的实现不会遭受射频偏移误差或门动作期间的退相干的削弱效应的缺点。我们证明了我们的脉冲序列的优势，通过比较我们的结果与现有的实验方案。
2017-07-02 quant-ph
Direct estimation of minimum gate fidelity
随着当前对构建量子计算机的兴趣，强烈需要精确且有效地表征量子门实现中的噪声。量子门性能的关键量度是最小门保真度，即，门的保真度，在所有输入状态下最小化。传统上，最小保真度的估计，首先准确地重建全门过程矩阵使用量子过程层析成像（QPT）的实验过程。然后，进行数值最小化以找到最小保真度。然而，众所周知，QPT是昂贵的，如果目标只是估计一个数字，我们可能会做得更好。在这项工作中，我们提出了一个混合的数值实验计划，采用数值无梯度最小化（GFM）和实验目标保真度估计过程直接估计的最小保真度，而无需重建的过程矩阵。我们比较这一替代方案，称为QPT保真度估计，不使用QPT，但直接采用最小的门保真度作为终止标准。因此，这两种方法都可以被认为是直接估计方案。一般的理论界建议一个显着的资源节约GFM计划QPT保真度估计，然而，特定类别的噪声的数值模拟表明，这两种方案具有相似的性能，提醒我们需要谨慎使用一般的界限时，具体的例子。然而，GFM计划，提出了未来的资源成本的改善潜力，甚至更有效的GFM算法的发展。
2020-08-19 quant-ph
Bounding quantum gate error rate based on reported average fidelity
量子计算的显著实验进展的例证是最近宣布的令人印象深刻的平均门量子数超过99.9%的单量子位门和99%的双量子位门。虽然这些高数字让人乐观地认为容错量子计算是触手可及的，但平均门保真度与容错要求之间的联系并不直接。在这里，我们使用报告的平均门保真度来确定量子门错误率的上限，这是评估容错量子计算进展的适当度量，我们证明了这个界限对于一般噪声是渐近紧的。虽然这个界限是不太可能饱和的实验噪声，我们使用明确的例子表明，该界限表示真实的错误率和报告的平均保真度之间的实际偏差。我们引入泡利距离作为这种偏差的度量，我们表明，泡利距离的知识，使更严格的估计错误率的量子门。
2015-12-27 quant-ph
AC flux sweet spots in parametrically-modulated superconducting qubits
$1/f$磁通噪声的普遍存在是超导量子位长相干性的重要障碍，直到开发出可以在静态、磁通噪声不敏感配置（通常称为“甜点”）中运行的量子位。在超导量子比特中使用纠缠门的几种方案将通量偏置从这些点上调开，从而在不同程度上重新引入退相问题。在这里，我们重新审视这样一个建议，其中相互作用是通过快速调制这些甜蜜点周围的量子比特的通量偏置来参数化激活的，并研究调制对通量噪声灵敏度的影响。我们明确地计算如何失相率取决于不同的组件的磁通噪声频谱，并表明，虽然这些参数门是不敏感的$1/f$磁通噪声，失相率增加调制下，并占主导地位的白噪声。值得注意的是，我们发现，简单的过滤的通量控制信号允许纠缠门运行在一个新的甜蜜点下的通量调制的移相。我们称之为AC甜蜜点的这个甜蜜点对$1/f$通量噪声不敏感，对控制电子设备中的白噪声不太敏感，允许仅受高阶效应和其他噪声源限制的质量相互作用。
2019-06-26 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
Implementing High-fidelity Two-Qubit Gates in Superconducting Coupler Architecture with Novel Parameter Regions
超导耦合器电路由于其可调谐性和可扩展性的优势而受到广泛关注。虽然已经实现了具有低误差的单量子比特门，但耦合器架构中的高保真双量子比特门仍然具有挑战性。本文特别注意检查门误差源，并主要集中在相关的物理机制的ZZ寄生耦合使用系统的有效哈密顿方法。受益于有效的哈密顿量，我们提供了简单和直接的洞察ZZ寄生耦合，以前从数值和实验的角度进行了研究。分析结果为消除ZZ寄生耦合提供了精确的定量条件，并触发了四个新的可实现的参数区域，在这些区域中有望实现更高保真度的双量子比特门。除了数值模拟之外，我们还成功地驱动了两个量子位门误差的简单分析结果，从中可以理解量子位能量弛豫效应和ZZ寄生耦合之间的权衡效应，并且可以直接估计所产生的两个量子位门误差。我们的研究为在超导耦合器架构中实现高保真双量子比特门开辟了新的机会。
2021-05-27 quant-ph
Minimal measurements of the gate fidelity of a qudit map
我们得到了作用于量子点的线性映射的平均门保真度的一个简单公式。它是由纯态制备的最小集合给出的，从实验的角度来看，这可能是有趣的。这些准备可以被看作是某些最小正算子值测度的结果。我们的结果与这些广义测量的连接进行了简要讨论。
2002-07-26 quant-ph
High fidelity quantum gates via dynamical decoupling
实现量子计算机的理论前景需要克服退相干。在这里，我们数值证明了高保真度量子门是可能的量子动力学解耦的框架内。使用递归构造（级联）的动态解耦脉冲序列，相对于未受保护的进化，在广泛的系统-环境耦合强度范围内实现了通用的一组量子门的量子度的数量级改善。
2010-12-15 quant-ph
Benchmarking a high-fidelity mixed-species entangling gate
我们在$^{43}\mathrm{Ca}^+\,$超精细量子位和$^{88}\mathrm{Sr}^+\,$塞曼量子位之间实现了一个双量子位逻辑门。对于这对离子种类，S-P光学跃迁足够接近，使得波长为$402\,\mathrm{nm}$的单个激光器可以用于驱动门，但是足够好地分离以给出良好的光谱隔离和低的光子散射误差。我们通过全随机基准测试、门集层析成像和Bell状态分析来表征门。后一种方法给出了$99.8(1)\%$的保真度，与最好的同种门的保真度相当，并且与已知的误差源一致。
2020-08-03 quant-ph
Fast high-fidelity geometric gates for singlet-triplet qubits
利用几何相位全局性的几何门被认为是实现容错量子计算的有力工具。然而，对于半导体量子点中的单重态-三重态量子比特，由于微波控制的拉比频率较低，导致门控时间过长，构造的几何门更容易受到退相干效应的影响。在这里，我们研究的关键问题是，快速几何门是否可以实现单重态-三重态量子比特，而不引入额外的微波驱动脉冲，同时保持高保真度的门操作在同一时间。我们惊讶地发现，单量子比特和双量子比特几何门都可以通过仅调制哈密顿量的时间相关交换相互作用来实现，其通常可以是$\sim$ GHz的量级，因此相应的门时间为几纳秒。此外，所获得的几何门优于它们的对应物，即，单重态-三重态量子比特的传统动态门，具有相对较高的保真度，超过了$99\%$。因此，我们的方案特别适用于单重态-三重态量子比特，以获得快速和高保真度的几何门。我们的方案也可以扩展到其他系统没有微波驱动器。
2022-03-21 quant-ph
A simple trapped-ion architecture for high-fidelity Toffoli gates
我们讨论了一个简单的架构，量子Toffoli门实现使用三个被困离子。门，这在原则上可以实现一个单一的激光诱导操作，是有效的，而一般的条件下，是惊人的鲁棒性（在任何实验现实的范围内的值）对失相，加热和随机波动的哈密顿参数。我们提供了一个完整的表征酉和噪声影响的门使用三量子比特量子过程层析成像。
2010-12-08 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
Implementation of local and high-fidelity quantum conditional phase gates in a scalable two-dimensional ion trap
我们提出了一个方案，以实现高保真度条件相位门对被困离子浸没在一个二维库仑晶体，利用所有轴向模式介导的相互作用，没有边带寻址。通过数值计算表明，通过对激光束进行整形，仅能激发局域模实现纠缠门，从而使量子门的复杂度不随系统尺寸的增加而增加。这些结果为在二维陷阱结构中实现大规模容错量子计算提供了一种有希望的途径。
2009-11-10 quant-ph
