Physical Implementation of a Majorana Fermion Surface Code for Fault-Tolerant Quantum Computation
我们提出了一个物理实现的相互作用马约拉纳费米子实现$Z_{2}$拓扑秩序的交换哈密顿量，使用约瑟夫森耦合拓扑超导岛阵列。所需的多体相互作用哈密顿量自然地由充电能量在超导岛上引起的量子相位滑移和电子隧穿的组合产生。我们的设置改进了最近的建议，用于实现马约拉纳费米子表面码[1]，容错量子计算的“混合”方法，结合（1）工程的稳定剂哈密顿与拓扑有序的基态（2）投影稳定剂测量，以实现纠错和一组通用的逻辑门。我们的混合策略在误差抑制和单步稳定器测量方面优于传统的表面码结构，并且广泛适用于实现量子计算的稳定器码。
2015-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
GraphStateVis: Interactive Visual Analysis of Qubit Graph States and their Stabilizer Groups
由于量子态空间的维数呈指数级增长，探索量子态空间是一项具有挑战性的工作。在其表现力被束缚的代价，图状态的离散和有限的子空间是更容易通过一个图形框架伴随着从稳定器形式主义的理论工具包进行调查。分析手绘图是一项乏味而耗时的任务，并且对可以解决的问题大小施加了限制。类似地，单独使用邻接矩阵的算法研究缺乏状态的视觉表示的好处。我们认为，应用可视化分析来调查图形状态可能是有利的。为此，我们引入GraphStateVis，一个基于Web的应用程序，用于量子位图状态及其稳定器组的可视化分析。我们的工具通过链接和刷动支持的多个组件促进了图形的交互式构建。用户可以探索特定于图形状态的属性，包括其稳定算子的保利权重分布和纠缠标准的噪声阈值。我们在近期量子算法的上下文中提出了一个用例，以说明我们的原型的能力。我们将GraphStateVis作为一个开源项目提供，并邀请更广泛的量子计算和工程社区利用这一工具，进一步推动其发展。
2021-11-22 quant-ph
Simulating open quantum systems: from many-body interactions to stabilizer pumping
在最近的实验中，Barreiro等人展示了具有捕获离子的开放系统量子模拟器的基本构建块[Nature 470，486（2011）]。使用多达五个离子，单和多量子比特纠缠门操作与频闪序列中的光泵浦相结合。通过控制系统与人工的、适当定制的环境的耦合，这使得能够实现相干的多体动力学以及耗散过程。这一工程通过耗散制备纠缠的两个和四个量子比特态，模拟相干四体自旋相互作用和量子非破坏测量的多量子比特稳定剂运营商来说明。在本文中，我们提出了这种基于门的（“数字”）模拟方法的理论框架与囚禁离子的开放系统动力学。此外，我们讨论了如何在这种模拟方法的最小实例自旋模型的拓扑量子计算和凝聚态物理的背景下，可以实现在最先进的线性离子阱量子计算架构。我们概述了具体的模拟计划Kitaev的复曲面代码哈密顿和最近建议的颜色代码模型。所提出的模拟协议可以适应可扩展的和二维的离子阱架构，这是目前正在开发中。
2011-04-13 quant-ph
Engineering entanglement between resonators by hot environment
自主量子热机不需要外部相干驱动或工作输入来执行所需的任务，这使它们成为量子系统热管理的有希望的候选者。在这里，我们提出了一个自治的量子热机，其中两个未耦合的宏观机械谐振器或微波谐振器实现相当大的纠缠通过热的热浴。通过将谐振器耦合到共同的二能级系统或三次谐波振荡器并由热的非相干热浴驱动它，这成为可能。使缠结的关键步骤涉及通过浴光谱过滤实现的热浴的适当工程。我们的研究结果表明，浴光谱过滤可以是一种替代典型的非自治油藏工程计划，以创建异国情调的量子态。
2022-07-08 quant-ph
Autonomous Floquet Engineering of Bosonic Codes via Reinforcement Learning
本文提出一种基于强化学习的Floquet工程方法，用于玻色子码的自主制备，相比传统绝热方案将演化时间缩短两个数量级，并在强噪声下保持高保真度，为容错玻色子量子计算提供了可扩展路径。
2025-10-25 quant-ph
Quantum Error Correction for Quantum Memories
使用量子位稳定器码的主动量子纠错已经成为用于构建通用量子计算机的有前途但具有实验挑战性的工程方案。在这篇综述中，我们考虑了量子比特稳定器和子系统稳定器代码的形式主义，以及它们在保护量子存储器中的量子信息中的可能用途。本文回顾了容错和量子纠错理论，讨论了各种编码和编码构造的例子，一般的量子纠错条件，噪声阈值，Clifford门的特殊作用以及通向容错通用量子计算的途径。第二部分的审查重点是提供一个概述量子纠错使用二维（拓扑）代码，特别是表面码架构。我们讨论了解码的复杂性和被动或自校正量子存储器的概念。该评论并不关注特定的技术，而是讨论与各种量子技术相关的主题。
2015-04-10 quant-ph
Hypergraph product code with 0.2 constant coding rate and high code capacity noise threshold
提出TGRE-超图乘积码，具有0.2常数编码率，这是已知最高的量子稳定码，其去极化噪声信道中的码容量噪声阈值约为0.096。
2024-02-16 quant-ph
Gauge subsystems, separability, and robustness in autonomous quantum memories
量子纠错为探索反馈控制、微观物理和非对易概率的相互作用提供了一个丰富的背景。在本文中，我们加深了我们对这种关系的理解，通过高层次的分析，我们以前提出的一类量子存储器模型，实现连续时间版本的著名的稳定器代码在自治的纳米光子电路，不需要外部时钟或控制。我们表明，在九量子位培根肖尔代码的存在下的计量子系统允许相应的纳米光子电路，大大改善光传播损耗的影响，优化布局，认为代码的可分性允许简化的恢复反馈协议，并提出了一个修改后的保真度度量量化现实的量子存储器的性能。我们对这些主题的处理利用了自治纳米光子电路的同质建模框架，但关键思想转化为传统的离散时间设置，基于测量的量子纠错。
2012-12-14 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
Scaling up reservoir engineering for error-correcting codes
纠错码通常被设想为通过根据某些综合征观测量的投影测量结果来操作酉校正来对抗错误。我们在这里提出了一种以更集成的方式使用它们的方法，其中错误校正由工程环境连续且自主地应用。我们专注于一个建议的重复代码，计数位翻转错误，以及如何扩大网络编码的逻辑量子位，朝着更强的信息保护。面临的挑战是设计一种网络架构，允许自主纠正高阶误差，同时通过避免所有对所有或所有对一的耦合，保持对实验实现的现实。
2020-10-06 quant-ph
Generating steady quantum coherence and magic through an autonomous thermodynamic machine by utilizing a spin bath
如果我们要建造实用的量子器件，在环境中产生稳定的量子性是至关重要的。我们提出了一个方案，通过与另一个量子比特系统的相互作用，产生稳定的相干性和魔术的量子比特系统连接到一个热浴在一定的温度。在这个模型中，在减少的量子位中的相干生成总是可能的。附着在热浴上的简化量子位中的稳定相干性可以用于增强量子吸收制冷机的后续瞬态性能。对于生成魔术的情况下，这是量子资源，负责实施的门，这是不通过稳定器计算模拟，我们表明，存在一个临界温度的热浴超过它是不可能创建魔术减少量子位连接到热浴。在临界温度以下，量子比特之间的相互作用强度必须在一定范围内，才能产生魔法。我们还注意到，通过增加第二量子位与自旋浴的耦合强度，以重置概率为代表，保持第一量子位与热浴的耦合强度固定，可以增加热浴的临界温度以产生魔法。
2018-05-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Pair-cat codes: autonomous error-correction with low-order nonlinearity
我们引入了一个驱动耗散双模玻色子系统，其水库导致同时损失的两个光子在每个模式和其稳定状态的叠加对相干/Barut-Girardello相干态。我们展示了如何在这个系统的稳态子空间中编码的量子信息在两种模式下对相位漂移（腔失相）具有指数免疫力。此外，通过连续监测逻辑状态的预期光子数之间的差异，可以保护信息免受任意光子丢失的影响。尽管使用更多的资源，双模式方案享有两个优势，其单模猫量子比特对应物方面的实现使用电流电路QED技术。首先，可以在不关闭当前可实现的耗散稳定过程的情况下完成对光子数差的监测。第二，每个模式需要较低的平均光子数，以享受至少与cat-code一样好的保护水平。我们讨论电路QED的建议，以稳定的代码状态，执行门，并防止光子丢失，通过积极的综合征测量或自主的程序。我们引入准概率分布，使我们能够代表固定的光子数差在二维复平面的双模态，而不是完整的四维双模相空间。将稳定器形式主义推广到非对角化稳定器，将双模码推广到多模。$M$模式代码可以防止在多达$M-1$模式中的任意光子损失或在任何一种模式中的任意损失和增益。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Autonomous stabilization with programmable stabilized state
本文提出可编程储层工程方案，将量子态自主稳定从离散纠缠态扩展到连续态流形，实验实现高保真 Bell 态稳定及亚微秒级奇偶宇称快速切换。
2023-12-18 quant-ph
Single-photon Resolved Cross-Kerr Interaction for Autonomous Stabilization of Photon-number States
量子态可以通过施加以辅助系统为条件的主动反馈或通过储层工程而在存在固有损失和环境损失的情况下稳定。储层工程通过驱动和设计的熵排空的组合来保持期望的量子态。我们提出并实现了一个量子水库工程协议，在微波腔中稳定Fock态。该协议是实现与电路量子电动力学平台，其中约瑟夫森结提供两个超导波导腔之间的直接，非线性耦合。非线性耦合导致两个腔之间的单光子分辨交叉克尔效应，从而实现与有损耗环境的光子数相关耦合。用净极化的概念讨论了微波谐振腔的量子态，并通过测量其稳态维格纳函数进行了分析。
2015-04-13 quant-ph
Autonomous Stabilization of Fock States in an Oscillator against Multiphoton Losses
本研究针对Fock态受多光子损耗影响的问题，在超导量子电路中采用级联选择性光子相加操作实现多光子Fock态自主稳定，延长了非经典特性保持时间，还可用于重置二项式编码逻辑量子比特，助力可纠错量子信息处理。
2024-05-17 quant-ph
Remote entanglement stabilization and distillation by quantum reservoir engineering
模块化架构中的量子信息处理需要量子比特网络中纠缠的分布、稳定和蒸馏。我们提出了两个超导量子比特之间的自主纠缠稳定协议，耦合到遥远的腔。腔之间的耦合通过三波混频装置来调节和控制，该三波混频装置根据施加到混频器的泵浦在远程腔之间产生双模压缩态或离域模式。量子位和腔体上的本地驱动器将系统转向并维持在所需的量子位贝尔状态。最奇怪的是，即使是弱压缩态也可以通过自主蒸馏过程稳定两个远距离量子比特的最大纠缠贝尔态。此外，我们表明，这种基于量子工程的协议可以稳定量子比特腔的不对称性和损失的存在下的纠缠。
2018-01-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimized EIT-Based Multi-Target CNOT^k Gates in Heteronuclear Rydberg Atom Arrays
School of Physics, Beihang University（北京航空航天大学物理学院）；State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所磁共振与原子分子物理国家重点实验室）
该研究针对量子纠错中稳定器读出的多量子比特耦合瓶颈，优化了基于EIT和里德堡阻塞的异核多目标C¹NOTᵏ门，实现了高保真度，为低深度稳定器读出提供了实用构建模块。
2026-08-18 quant-ph
Autonomous Calibration of Single Spin Qubit Operations
量子比特的完全自主精确控制对于量子信息处理、量子通信和量子传感应用至关重要。它需要最少的人为干预来建模，预测和预测量子动力学[1，2]，以及精确控制和校准单个量子比特操作。在这里，我们通过钻石中电子自旋量子操作的闭环优化来演示单量子比特的自主校准。在室温下的量子态和过程层析测量检查的操作，和他们的性能对系统误差迭代纠正的最佳脉冲工程算法。我们实现了一个自主校准保真度高达1.00分钟的时间尺度上的自旋粒子数反转和高达0.98小时的时间尺度上的阿达玛门的实验误差为2%。这些结果表明了多功能量子纳米技术的全部潜力。
2017-04-21 quant-ph
Relaxation-Rectified Anti-Jaynes-Cummings Cascades for Autonomous Fock-State Stabilization
School of Physics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学物理学院）
该研究提出通过辅助量子比特弛豫校正反杰恩斯-卡明斯相互作用的自主方案，在克尔腔中稳定福克态，相关结果为非经典玻色态制备提供了途径。
2026-08-25 quant-ph
Autonomous error correction of a single logical qubit using two transmons
大规模量子计算机将不可避免地需要量子纠错来保护信息不受退相干的影响。传统的纠错通常需要许多量子位，以及高效的错误综合征测量和实时反馈。自主量子纠错（AQEC）替代地使用稳态浴工程以硬件高效的方式执行校正。我们实现了一个AQEC方案，实现了只有两个transmon量子位在一个二维可扩展的架构，主动纠正单光子损失和被动抑制低频移相使用六个微波驱动器。与未校正的编码相比，对于逻辑0、1和叠加态，实验证明了2.0、5.1和1.4的改进。我们的研究结果表明，实现硬件高效的AQEC，以提高基于transmon的量子信息处理器的可靠性的潜力。
2023-02-13 quant-ph
Autonomous Quantum Error Correction of Spin-Oscillator Hybrid Qubits
NextQuantum Innovation Research Center, Department of Physics and Astronomy, Seoul National University（首尔大学物理与天文学系NextQuantum创新研究中心）；School of Computational Sciences, Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院计算科学学院）
提出一种无测量的自旋-振子混合量子比特稳定方案，通过工程化Lindblad算符实现自主量子纠错，利用受控分束器和自旋依赖位移相互作用将存储模耦合到快速冷却浴，无需重复的综合征测量和前馈。
2026-05-28 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Autonomous quantum error correction of Gottesman-Kitaev-Preskill states
本研究基于超导器件的reservoir engineering，通过对辅助transmon量子比特进行无条件重置，实现了GKP态的自主量子纠错，成功延长逻辑量子比特寿命并达到纠错数多于生成数的临界点。
2023-10-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
