Selective interactions in trapped ions: state reconstruction and quantum logic
我们提出了在囚禁离子中实现原子运动子空间的选择性相互作用。这些相互作用在选定的子空间内产生共振交换,使其他子空间处于高度分散状态。选择性使我们能够从一系列初始态中产生高纯度的运动Fock态(和其他非经典态),并且当选择基态时,它成为一种非传统的冷却机制。单个的数态分布可以被区别地测量,运动的维格纳函数也是如此。此外,一个协议实现量子逻辑通过一个适当的控制选择子空间。
2003-10-01 quant-ph
A method of an on-demand beamsplitter for trapped-ion quantum computers
Institute for Attosecond Laser Facility, The University of Tokyo(东京大学阿秒激光设施研究所)
本文提出了一种用于囚离子量子计算机的按需光束分裂器方法,通过动态控制模式 secular 频率实现本地模式之间纠缠的可控切换。
2026-02-07 quant-ph
Efficient quantum simulation of fermionic and bosonic models in trapped ions
分析了囚禁离子中费米子模型和玻色子模型的量子模拟的效率。特别是,我们研究了纠缠门的最佳时间和所需的总基本门的数量。此外,我们根据量子场论、凝聚态物理和量子化学的量子模拟来验证这些估计。最后,我们表明,捕获离子技术是一个合适的平台,用于实施量子模拟,涉及相互作用的费米和玻色子模式,铺平了道路,克服经典计算机在不久的将来。
2014-06-18 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
An unconventional geometric phase gate with two nonresonant quantum dots trapped in a photonic crystal cavity
提出了一种利用光子晶体腔中的两个非共振量子点通过非常规几何相位实现双量子比特控制相位门的方案。在该系统中,量子点同时与大失谐腔模和强驱动经典光场相互作用。在门操作期间,量子点不经历跃迁,而腔模式沿着相空间中的闭合路径移位。以这种方式,系统可以获得以量子点的状态为条件的几何相位。在实现单量子比特操作之后,可以构造双量子比特控制的相位门。
2011-06-23 quant-ph
Implementing quantum control for unknown subroutines
我们提出的设置为实际实现的未知的子程序添加控制,补充现有的量子光学计划的黑箱控制与对应的量子控制的顺序的操作序列。我们还提供了计划,以实现任何一个任务,使用被困离子。这些实际规避最近的不去定理是基于现有的技术。我们认为,在实践中添加控制未知的操作的可能性是许多物理系统的一个共同特征。基于所提出的实现,我们讨论了理论与实践之间的明显矛盾。
2014-03-13 quant-ph
Adiabatic Mach-Zehnder interferometer via an array of trapped ions
我们探讨了在横向场中通过一系列服从量子伊辛模型的囚禁离子实现海森堡限制马赫-曾德尔干涉的可能性。基于增加Ising相互作用,然后减小横场的绝热过程,我们证明了从顺磁性到铁磁性的完美转变,它可以用作多离子Mach-Zehnder干涉术的分束器。实现的NOON状态的离子,使海森堡限制干涉。使用目前可用的技术,超冷离子,我们讨论了我们的计划与全球业务的实验可行性。
2012-03-22 physics.atom-ph quant-ph
Motional-Mode Analysis of Trapped Ions
我们提出了两种方法来表征运动模式的配置,一般适用于弱和强约束限制的单个或多个被困原子离子。我们的方法是必不可少的,以实现控制的个人以及共同的运动自由度。特别地,当实现具有减小的离子-电极距离的可缩放射频阱架构时,需要精确地测量和调节电势的局部曲率,例如,以调节声子隧穿并控制有效的自旋-自旋相互作用。我们证明了这两种方法,使用单个$^{25}$镁$^+$离子,分别限制$40\,μ$米以上的表面电极陷阱阵列和准备接近基态的运动在三维空间。
2016-05-04 quant-ph
Robust quantum control for higher order coupling term in trapped ions
囚禁离子硬件最近取得了重大进展,现在是量子计算的领先平台之一。为了在囚禁离子中构建双量子比特门,离子链的实验操作方法变得越来越普遍。在控制技术受限的情况下,如何实现高保真度的量子门操作至关重要。在电流脉冲优化设计中,很多研究工作都集中在离子-声子和离子-离子有效耦合方面,而忽略了实验缺陷对这两项高阶展开的影响。提出了一种新的囚禁离子的鲁棒量子控制优化方法。通过在优化代价函数中引入误差引起的高阶项,在漂移噪声范围为$\pm 10$ kHz和时间噪声范围为$\pm 0.02$的情况下,设计了一个具有极强鲁棒性的Molmer-Sorensen门,其失真度低于$10^{-3}$。我们的工作揭示了高阶耦合项在囚禁离子脉冲控制优化中的重要作用,特别是较高的离子-离子耦合阶数,为在囚禁离子平台中实现更有效的纠缠态提供了一种鲁棒的优化方案。
2022-11-15 quant-ph
Trapped Ion Quantum Computing using Optical Tweezers and Electric Fields
我们提出了一种新的可扩展的架构,囚禁离子量子计算,结合光镊提供量子位态依赖的本地电位与振荡电场。由于电场允许仅由离子晶体的质心运动介导的远程量子位-量子位相互作用,因此其固有地可扩展到大离子晶体。此外,我们提出的方案不依赖于任何基态冷却或Lamb-Dicke近似。我们研究了离子晶体的不完全冷却的影响,以及不必要的量子位运动纠缠的作用,并讨论了在实验室中实现状态依赖的镊子的前景。
2021-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Toward Spin Squeezing with Trapped Ions
在许多计量实验室中,建造能够进行精度超过标准量子极限的干涉测量的坚固仪器仍然是一个重要目标。我们在这里描述的基本概念的自旋压缩实验,允许一个超过这个限制。原则上,可以达到所谓的海森堡极限,其构成精度的因子$\sqrt{N}$的改进,其中$N$是对其进行测量的粒子的数量。特别是,我们重点关注最近在潘宁离子阱中用铍离子云实现自旋压缩方面取得的进展,通过在量子计算实验中更常用于执行两量子位纠缠操作的几何相位门。
2011-11-21 quant-ph
Implementing two-photon three-degree-of-freedom hyper-parallel controlled phase flip gate through cavity-assisted interactions
超并行量子信息处理是一个很有前途的研究领域。在本文中,我们提出了一种方法来实现一个超并行控制相位翻转(超CPF)门的频率,空间和时间仓编码的量子比特耦合飞行光子捕获氮空位(NV)缺陷中心。与传统的并行方案不同,该方案在降低耗散噪声、增加量子信道容量、减少量子资源开销等方面具有独特的优势。具有频率、空间和时间仓自由度的门量子比特不受光纤中量子退相干的影响,而偏振光子则容易受到环境噪声的干扰。
2020-04-06 quant-ph
Quantum gate teleportation between separated qubits in a trapped-ion processor
大规模量子计算机将需要在相距甚远的量子位之间进行量子门操作。实现这种操作的方法,称为量子门隐形传态(QGT),只需要本地操作,经典通信和共享纠缠。我们证明了QGT在一个可扩展的架构,通过确定性地传送控制非(CNOT)门之间的两个量子位在空间上分离的位置在离子阱。在95%的置信水平下,我们传送的CNOT的纠缠保真度在[0.845,0.872]区间内。该实现将离子穿梭与单独寻址的单量子位旋转和检测,相同和混合物种的双量子位门以及实时条件操作相结合,从而展示了用于缩放结合在单个设备中的捕获离子量子计算机的基本工具。
2019-08-19 quant-ph
Enhanced dark-state sideband cooling in trapped atoms via photon-mediated dipole-dipole interactions
分辨边带冷却是将原子冷却到运动基态的关键步骤,这在基于原子的量子技术中是必不可少的。在这里,我们提出了一个增强的暗态边带冷却囚禁原子利用光子介导的偶极-偶极相互作用。通过将原子放置在魔粒间距离处,我们在目标原子中表现出优于冷却行为,这超过了单个原子所允许的极限。我们进一步研究了不同的原子配置在多原子设置与激光失谐和不同的光偏振角,其中多个魔间距可以识别和冷却性能的适度改善,预计随着原子数量的增加。我们的研究结果提供了深刻的见解与集体和光诱导的长程偶极-偶极相互作用的原子的亚反冲冷却,并铺平了道路,实现真正的量子操作在多个量子寄存器。
2022-10-12 quant-ph
Scalable quantum computation with fast gates in two-dimensional microtrap arrays of trapped ions
我们从理论上研究了在二维微阱结构中使用快脉冲双量子比特门进行囚禁离子量子计算。在一个维度上,这样的快速门是最佳的最近的邻居之间时,我们研究的推广到一个二维的几何形状。我们证明,快速脉冲门能够实现高保真度的纠缠操作离子在相邻的陷阱比捕获周期更快,实验证明激光重复率。值得注意的是,我们发现,在不增加门的持续时间,高保真门是可以实现的,即使在大型阵列与数百个离子。为了证明这个建议的有用性,我们调查这些门的应用程序的40模费米-哈伯德模型的数字模拟。这也证明了为什么连接任意离子对所需的较短的门链使这种几何形状非常适合大规模计算。
2020-07-02 quant-ph
Implementing quantum Fourier transform using three qubits
利用三量子比特哈密顿量的循环对称性,在囚禁离子系统中通过绝热跃迁实现了量子傅里叶变换,维持了纠缠,并数值验证了保真度及利用反向驱动场加速门操作的方法。
2023-04-03 math-ph math.MP quant-ph
Plutarch: Toward Scalable Operational Parallelism on Racetrack-Shaped Trapped-Ion Processors
Yonsei University(延世大学);Rutgers University–New Brunswick(罗格斯大学-新不伦瑞克分校)
Plutarch通过优化区域利用、优先执行附近门和实施捷径,提升赛车形囚离子处理器的可扩展操作并行性。
2026-01-13 quant-ph
Imaging trapped ions with a microfabricated lens for quantum information processing
囚禁离子是实现量子信息处理的主要系统。实现大规模捕获离子QIP所需的大多数技术都已得到证实,只有一个关键例外:大规模并行离子光子互连。微加工相位菲涅耳透镜阵列是一种很有前途的互连解决方案,它很容易与离子阱阵列集成,用于大规模QIP。在这里,我们展示了第一次成像的捕获离子与微制造的真空中的PFL,表现出适合可扩展的QIP的性能。观察到4.2 +/-1.5%的单离子荧光收集效率,与先前测量的PFL的光学性能一致。离子信号和背景散射之间的对比度为23 +/- 4。成像系统的焦深为19.4 +/- 2.4 μm,视场为140 +/- 20 μm。我们的方法还为中性原子和固态QIP架构中的高效光耦合提供了集成解决方案。
2010-10-26 physics.optics quant-ph
Assessing the progress of trapped-ion processors towards fault-tolerant quantum computation
定量评估小型原型量子处理器向容错量子计算的进展是当前实验和理论量子信息科学中的一个感兴趣的问题。我们介绍了一个必要的和公平的标准量子纠错(QEC),这必须在这些量子处理器的发展之前,他们的大小是足够大,以考虑众所周知的QEC阈值。我们应用这个标准来基准正在进行的努力,在实施QEC与拓扑颜色代码使用捕获离子量子处理器,更重要的是,指导未来的硬件开发,应需要为了证明有益的QEC与小拓扑量子代码。在这样做的过程中,我们提出了一个彻底的描述一个现实的捕获离子工具箱QEC,和一个物理动机的误差模型,超越标准的简化QEC文献。我们的大规模数值分析表明,两个物种的捕获离子晶体在高光学孔径分段陷阱,与改进,在此描述,是一个非常有前途的候选人容错量子计算。
2017-12-15 quant-ph
Quantum computation with two-level trapped cold ions beyond Lamb-Dicke limit
我们提出了一个简单的方案,实现量子逻辑门与一串两级捕获的冷离子以外的Lamb-Dicke限制。每个离子的两个内部状态被用作一个计算量子比特(CQ),并且离子的集体振动充当信息总线,即,总线量子位(BQ)。利用广义Jaynes-Cummings模型描述的激光-离子相互作用的量子动力学,我们证明了任意一个CQ和BQ之间的量子纠缠都可以通过施加经典激光束来相干操纵。因此,通用的量子门,即一个量子比特旋转和两个量子比特控制的门,可以被精确地实现。所需的实验参数的实施,包括Lamb-Dicke(LD)参数和所施加的激光脉冲的持续时间,推导。本方案既不需要激光-离子相互作用的LD近似,也不需要辅助原子能级。
2002-05-14 quant-ph
Elementary operations for quantum logic with a single trapped two-level cold ion beyond Lamb-Dicke limit
提出了一种简单的方案,用一个超过Lamb-Dicke(LD)极限的冷二能级离子实现量子门。基于由广义Jaynes-Cummings模型描述的激光-离子相互作用的量子动力学,可以引入两种基本量子操作,通过施加共振脉冲产生的裸原子态上的简单旋转,以及通过使用非共振脉冲执行的离子的内部和外部度上的联合操作。几种典型的量子门,包括Hadamard门、受控Z门和受控非门$etc.$,都可以用这些初等运算精确地实现。实验参数,包括LD参数和所施加的激光脉冲的持续时间,为这些实施方式推导出解析和数值。本方案既不需要激光-离子相互作用的LD近似,也不需要辅助原子能级。
2002-05-18 quant-ph
Practical trapped-ion protocols for universal qudit-based quantum computing
通用量子计算的概念可以推广到多级量子,这在资源使用和算法效率方面提供了优势。囚禁离子是一种原始的、可控的量子系统,为发展基于量子双光子晶体的量子信息处理提供了一个理想的平台。以前的工作还没有充分探讨的实用性,实现捕获离子qudits会计已知的实验误差源。在这里,我们描述了一个通用的一套协议的状态准备,单量子门,一个新的概括的Mølmer-Sørensen门的两个量子门,和一个测量方案,利用搁置到一个亚稳态。我们数值模拟已知来源的错误,从以前的捕获离子实验,并表明,有没有根本的限制,以实现以上的\(99\%\)为三个层次的量子编码在\(^{137}\mathrm{Ba}^+\)离子的结晶度。我们的方法可扩展到更高维度的量子,我们的测量和单量子门协议可以实现\(99\%\)的五个级别的量子。我们确定了在未来工作中进一步减少错误的途径。我们的研究结果表明,三能级囚禁离子量子阱将是一种有用的量子信息处理技术。
2020-05-11 physics.atom-ph quant-ph
Quantum phase gate with a selective interaction
我们提出了一个利用选择性相互作用实现量子相位门的方案。我们分析了在两个特定的系统中实现这些门的选择性和可能性,即囚禁离子和腔QED。
2001-02-09 quant-ph
Entanglement dynamics via Geometric phases in Trapped-ions
本文提出利用几何相作为工具评估囚禁离子系统中 Mølmer-Sørensen 门的性能并识别噪声,发现几何相对时钟脉冲时间两倍附近的环境噪声高度敏感,提供了一种无需全态层析即可检测纠缠和分类噪声的实用方法。
2025-10-11 quant-ph
Pairwise-parallel entangling gates on orthogonal modes in a trapped-ion chain
并行操作对于近期的量子计算机和更大规模的容错机器都很重要,因为它们减少了执行时间和量子比特空闲。我们提出并实现了一种在离子阱量子计算机上的成对并行门方案。门被同时驱动的捕获离子链的正交运动模式的不同集合。我们证明了该方案的实用性,通过创建一个GHZ状态在一个步骤中使用一个重叠的量子比特的并行门。我们还显示了它的优势,电路通过实现一个相互作用的自旋系统,横向场伊辛模型的动力学的数字量子模拟。当不涉及重叠量子位时,这种方法有效地将可用栅极深度扩展高达两倍,除了额外的初始冷却之外没有开销。这是因为使用一组额外的模式作为额外的量子自由度几乎相当于将陷阱加热速率减半,将激光和量子比特相干时间加倍,并将控制器存储器深度扩展到两倍。该方案可以很容易地应用于不同的捕获离子量子比特和门方案,广泛地增强了捕获离子量子计算机的能力。
2023-02-17 physics.atom-ph quant-ph
Fast quantum algorithm for EC3 problem with trapped ions
绝热量子计算~(AQC)是基于绝热原理,量子系统保持在驱动哈密顿量的瞬时本征态。哈密顿量的最终状态编码感兴趣的问题的解。虽然AQC具有明显的优势,但最近的研究表明,当演化时间较长时,由于系统-浴相互作用,绝热过程中的量子性(如量子相干性)可能会完全丧失,因此预期的量子加速不会出现。在这里,我们提出了一个快速信号辅助绝热量子算法。我们发现,通过在演化过程中应用一系列快速随机或规则信号,可以大大减少运行时间,而绝热算法的优点保持不变。值得注意的是,我们提出了一个\emph{randomized}特罗特公式,并表明,驱动哈密顿量和序列的快速信号可以同时实施。将该算法应用于求解$3$ -位精确覆盖问题~(EC $3$),并提出了一种带囚禁离子的问题的实现方法。
2014-12-09 quant-ph
Chiral-coupling-assisted refrigeration in trapped ions
本文提出利用囚禁离子间光介导的手性耦合实现超越单离子边带冷却极限的制冷方案,并确定了最优操作条件与更快冷却的参数区域,为量子计算与模拟提供了突破冷却瓶颈的新资源。
2023-01-10 quant-ph
Transport quantum logic gates for trapped ions
目前正在进行许多努力来构建能够进行大规模量子信息处理(QIP)的设备。虽然QIP已经在几个系统中的几个量子位上得到了证明,但为了构建大规模的设备,必须克服许多技术困难。在大规模QIP的一个提议中,捕获的离子由精确控制的光脉冲操纵,并移动通过并存储在多区阱阵列中。精确控制离子几何构型和激光相互作用所需的技术开销是苛刻的。在这里,我们提出的方法,显着减少开销的激光束控制上执行单个和多个量子位操作被困离子。我们展示了如何通过固定的激光束控制离子的运输来实现一组通用的操作。同时,每个激光束可以用于并行执行许多操作,从而潜在地减少执行QIP任务所需的总激光功率。实现传输门所需的整体设置比在静止离子上执行的门更简单。我们还提出了一个基于传输的双量子比特门方案,利用微制造的永磁体,可以在没有激光的情况下执行。
2007-08-28 quant-ph
Utility of virtual qubits in trapped-ion quantum computers
提出在离子阱量子计算机的离子内编码“虚拟”量子比特,通过用离子内门替代离子间门减少振动模式使用与噪声,简化电路并扩展纠错码数据量子比特数量。
2024-06-27 physics.atom-ph quant-ph
Optimised fast gates for quantum computing with trapped ions
我们提出了一种有效的方法来优化脉冲序列,实现快速纠缠的两量子比特门的捕获离子量子信息处理器。我们采用了两个阶段的程序优化门保真度,我们证明了多离子系统中的线性保罗陷阱和微陷阱架构。第一阶段涉及到一个全球性的优化计算成本低廉的成本函数下强近似的门动态构造。第二阶段涉及局部优化,利用更精确的ODE描述的门动态,它捕获的库仑相互作用的非线性和有限的激光重复率的影响。我们提出了两种新的门方案,是与这种方法兼容,我们证明,他们优于现有的方案,在可行的激光重复率的可实现的门速度和保真度。在优化亚微秒门的微陷阱架构,所提出的计划实现了数量级更高的并行性比以前的建议。最后,我们调查的影响,脉冲的不完美性门保真度和评估误差范围的门速度。
2020-03-05 quant-ph
Quantum Feature Selection with Higher-Order Binary Optimization on Trapped-Ion Hardware
Kipu Quantum GmbH(Kipu量子有限公司);IDAL, Electronic Engineering Department, ETSE-UV, University of Valencia(IDAL电子工程系,瓦伦西亚大学);Department of Physical Chemistry, University of the Basque Country UPV/EHU(物理化学系,巴斯克大学UPV/EHU);IonQ Inc.(IonQ公司)
本文提出基于高阶无约束二元优化(HUBO)的量子特征选择框架,通过引入多变量依赖关系,提升特征相关性、冗余性和高阶统计结构的建模能力,并通过结构化线性惩罚实现稀疏性。实验在Gallstone和Spambase数据集上验证了其有效性。
2026-04-29 cs.LG quant-ph
Implementing the one-dimensional quantum (Hadamard) walk using a Bose-Einstein Condensate
我们提出了一个方案,利用超冷原子的相干宏观样品玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)实现了量子随机行走的最简单和最好的研究版本--离散Hadamard行走。利用BEC实现量子行走,可以在宏观尺度上观察到常见的量子现象。本文采用射频脉冲作为么正位移算符,实现哈达玛操作(旋转)和受激喇曼跃迁技术。该方案建议在长瑞利程光偶极阱中捕获BEC时,实现Hadamard操作和么正位移算符。阿达玛旋转和一个酉移位算子在BEC准备的内部状态之一,其次是一个位翻转操作,实现了阿达玛行走的一步。为了实现相当数量的步骤,该过程在不诉诸中间测量的情况下迭代。利用目前的偶极阱技术,应该可以实现足够的步骤来实验性地突出使用BEC的离散量子随机行走,从而进一步探索量子随机行走及其应用。
2006-09-12 quant-ph
High Speed, High Fidelity Detection of an Atomic Hyperfine Qubit
在捕获离子量子信息处理中,快速有效地检测量子比特状态对于实现量子纠错和执行诸如无环孔贝尔测试的基本测试是至关重要的。在这项工作中,我们提出了一个简单的量子比特状态检测协议的$^{171}$ Yb $^+$超精细原子量子比特捕获在一个微制造的表面陷阱,使高收集效率的散射光子和低背景光子计数率。我们证明了平均检测时间分别为10.5、28.1和99.8 μ $\upmu$ s,分别对应于99%、99.85(1)%和99.915(7)%的状态检测准确度。
2013-04-11 quant-ph
Transverse Polarization Gradient Entangling Gates for Trapped-Ion Quantum Computation
该研究提出利用极化梯度场实现高保真度的囚离子纠缠门,通过拉曼操作实现超过98.5%的保真度,为可扩展的量子计算提供了新方法。
2025-06-24 quant-ph
Error-Resistant Distributed Quantum Computation in Trapped Ion Chain
我们考虑实验可行的链与伪自旋1/2的被困离子,并找到模型,可以潜在地用于实现抗错误的量子计算。与经典神经网络的精神相似,系统的抗错误性是通过对分布在整个系统中的量子比特进行编码来实现的。因此,我们称我们的系统为“量子神经网络”,并提出了“量子计算的量子神经网络模型”。量子比特被编码在整个系统的几个准简并的低能级中,它们与激发态之间有很大的能隙,并且它们之间有很大的能垒。我们调查协议实现一套通用的量子逻辑门的系统中,绝热通过几个低的能级的整个系统。系统中自然出现的和潜在危险的分布噪声使计算的保真度几乎不变,如果它不是太强的话。计算也自然地对自旋的局部扰动有弹性。
2008-01-04 cond-mat.dis-nn quant-ph
Two-mode squeezing and SU(1,1) interferometry with trapped ions
该研究利用囚禁电极上的振荡电势,在单个囚禁离子的两个运动模式上实现位移、压缩、双模压缩和分束器操作,并构建接近 Cramér-Rao 界的 SU(2) 与 SU(1,1) 干涉仪。
2024-07-02 quant-ph
Quantum Simulation of Polarized Light-induced Electron Transfer with A Trapped-ion Qutrit System
本研究提出一种基于囚禁离子$3$能级系统(qutrits)的量子模拟方法,通过精确相干控制量子态,高效高保真地模拟了偏振光对分子间电子转移的影响,并分析了量子干涉与潜在误差源。
2023-04-24 physics.atom-ph quant-ph
Experimental simulation and limitations of quantum walks with trapped ions
我们研究的前景与囚禁离子的离散量子行走(QWs)。特别是,我们详细分析了Travaglione和Milburn(PRA 2002),近年来已实施的几个实验组的协议的局限性。基于我们小组的第一个实现(PRL 2009),我们研究了离开最初近似范围的后果,例如Lamb-Dicke近似。我们解释了相应的偏离理想化量子阱不同的实验实现和越来越多的步骤,考虑到高阶项的量子演化。事实证明,这些在几个步骤之后已经成为主导,这已经被实验结果所证实,并且目前限制了这种方法的可扩展性。最后,我们提出了一个新的方案,使用短激光脉冲,来自量子计算领域的协议。我们表明,新的计划是不受上述限制,并分析和数值评估其局限性,基于现实的实现与我们的具体设置。实现与国家的最先进的技术的协议,应允许大幅增加的步骤数为100和超越,并应可扩展到更高的维度量子阱。
2011-08-03 quant-ph
Error-Mitigated Quantum Gates Exceeding Physical Fidelities in a Trapped-Ion System
各种量子应用可以简化为估计期望值,这些期望值不可避免地会受到操作和环境误差的影响。虽然可以通过量子纠错来解决错误,但短期技术远远负担不起开销。为了减轻错误的有害影响,已经提出了量子错误缓解技术,其不需要额外的量子比特资源。在这里,我们基准的量子误差缓解技术的性能的基础上,在捕获离子系统中的概率误差消除。我们的研究结果清楚地表明,有效的门的性能超过物理性能,即我们超过了消除门错误的盈亏平衡点,通过编程量子线路。对于单量子位和双量子位门,错误率分别从$(1.10\pm 0.12)\times10^{-3}$有效地降低到$(1.44\pm 5.28)\times10^{-5}$和从$(0.99\pm 0.06)\times10^{-2}$有效地降低到$(0.96\pm 0.10)\times10^{-3}$。我们的演示开辟了在近期噪声量子设备上实现高保真计算的可能性。
2019-05-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Strategies for implementing quantum error correction in molecular rotation
针对单分子转动态量子纠错码缺乏实验实现方案的问题,本文构建了不依赖架构的校验与纠错算子,分解为分子离子量子逻辑光谱工具元件,提出热噪声下的序贯与自主实现策略,推动分子转动量子技术落地。
2024-12-20 quant-ph
Controlled Unitary Operation between Two Distant Atoms
我们提出了一个方案,用于实现两个相距遥远的原子之间的控制幺正门直接通过量子传输线进行通信。为了实现我们的目标,只有一系列的几个相干脉冲施加到原子。因此,我们的方案不需要辅助原子量子比特。我们的方案的简单性可能会显着提高量子计算机的可扩展性的基础上捕获的中性原子或离子。
2005-11-10 quant-ph
Fast Native Three-Qubit Gates and Fault-Tolerant Quantum Error Correction with Trapped Rydberg Ions
Forschungszentrum Jülich(于利希研究中心);RWTH Aachen University(亚琛工业大学);The University of Nottingham(诺丁汉大学);Universität Tübingen(蒂宾根大学)
利用微波调制的瑞利德堡离子实现快速高保真三量子比特门,并展示其在容错量子纠错中的应用。
2025-12-18 quant-ph
High-fidelity and Fault-tolerant Teleportation of a Logical Qubit using Transversal Gates and Lattice Surgery on a Trapped-ion Quantum Computer
本研究在Quantinuum H2囚禁离子量子处理器上首次演示了Steane码的容错态隐形传态,使用横向门和格点手术协议实现了高达0.989(2)的逻辑过程保真度。
2024-04-25 quant-ph
Implementing Pearl's $\mathcal{DO}$-Calculus on Quantum Circuits: A Simpson-Type Case Study on NISQ Hardware
Department of Software Science, Dankook University(软件科学系, Dankook大学)
本文在量子电路中实现Pearl的DO-微分算术,通过电路手术方法验证因果推理在NISQ硬件上的可行性。
2026-02-28 cs.AI cs.LG quant-ph
Radio-Frequency Side-Channel Analysis of a Trapped-Ion Quantum Computer
Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI), Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院量子光学与量子信息研究所)
研究发现并利用了俘获离子量子计算机中因射频信号泄漏产生的侧信道,通过分析单离子和纠缠门的脉冲特性,验证了该攻击向量,并提出缓解信息泄露的方法。
2026-10-06 cs.CR quant-ph
Doubling Qubits in a Trapped-Ion System via Vibrational Dual-Rail Encoding
State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University(清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室);Korea Institute for Advanced Study(韩国高等科学研究院);Beijing Academy of Quantum Information Sciences(北京量子信息科学研究院);Frontier Science Center for Quantum Information(量子信息前沿科学中心);Department of Chemistry, Yonsei University(延世大学化学系)
本文提出了一种在囚离子系统中通过振动双轨编码实现量子比特倍增的方法,结合内部量子比特和双轨量子比特,提升逻辑量子比特数量并保持全连接性。
2025-05-19 quant-ph
Fast, robust and laser-free universal entangling gates for trapped-ion quantum computing
本文提出并验证了一种无需激光的囚禁离子双量子比特纠缠门,通过相位调制连续场实现双重修饰态,兼具高速度与抗噪性,显著提升相干时间且利于大规模扩展。
2025-06-27 quant-ph
Implementing fault-tolerant non-Clifford gates using the [[8,3,2]] color code
针对量子比特易出错限制电路深度的问题,本文用囚禁离子与超导硬件测试[[8,3,2]]颜色码的容错性能,发现其实现非Clifford门及控制控制Z门的编码电路性能优于无编码情况,展现了近期量子硬件上用横向门编码实现非平凡算法的潜力。
2025-08-01 quant-ph
Scalable, high-fidelity all-electronic control of trapped-ion qubits
本文提出一种基于微加工芯片的电子控制囚禁离子量子计算机架构,利用共享载流走线和局部调谐电极实现了低噪声、低串扰的高保真度量子门,并在七区离子阱中验证了单、双量子比特门的高性能,为大规模量子计算提供了可行路径。
2024-07-10 physics.atom-ph quant-ph
The Effect of Micromotion and Local Stress in Quantum simulation with Trapped Ions in Optical Tweezers
本研究探讨了光学镊子囚禁离子量子模拟中微运动、局部应力及强度噪声对相互作用的影响,发现微运动可规避,局部应力增益可忽略,但需亚百分比强度稳定。
2022-02-28 cond-mat.str-el physics.atom-ph quant-ph
Realization of a Quantum Streaming Algorithm on Long-lived Trapped-ion Qubits
本研究使用 Quantinuum Helios 囚禁离子量子计算机实现了量子数据流模型,通过量子对草图解决 Hidden Matching 问题,验证了在容错架构下量子算法仍保持空间指数优势。
2025-11-05 quant-ph
Quantum logic spectroscopy with ions in thermal motion
混合物种的几何相位门已被提出用于实现量子逻辑光谱上捕获的离子,结合探针和信息传输从光谱的逻辑离子在一个单一的脉冲。我们通过实验实现了这种方法,展示了它如何可以应用于识别当前棘手的原子或分子中的跃迁的技术,展示了它降低的温度灵敏度,并观察到量子增强的频率灵敏度,当它被应用于多离子链。潜在的应用包括改进的捕获离子时钟的读出和简化的错误综合征测量的量子纠错。
2020-01-07 physics.atom-ph quant-ph
Frictionless quantum quenches in ultracold gases: a quantum dynamical microscope
在这篇文章中,提出了一种方法来空间放大一个被困的超冷气体,同时保持初始多体态的量子关联。对于支持自相似动力学的系统,这是通过实现作为量子动力学显微镜的谐波陷阱的多体有限时间无摩擦量子淬火来实现的。
2011-06-23 cond-mat.quant-gas physics.gen-ph quant-ph
Implementing Fault-tolerant Entangling Gates on the Five-qubit Code and the Color Code
我们比较了在逻辑量子比特上的两种不同的容错纠缠门实现。在一个实例中,十二量子位捕获离子量子计算机用于实现两个五量子位代码之间的非横向逻辑CNOT门。该操作被评估为具有不同程度的容错性,这是通过包括被称为标记和可分片容错性的量子纠错电路原语来提供的。在第二种情况下,使用20量子位捕获离子量子计算机在两个[[7,1,3]]色码上实现横向逻辑CNOT门。这两个代码是在不同但相似的设备上实现的,并且在这两种情况下,所有的量子纠错原语,包括通过解码确定校正,都是在运行时使用与量子处理器紧密集成的经典计算环境来实现的。对于基元的不同组合,在将门应用于不同的输入状态之后进行逻辑状态保真度测量,从而提供过程保真度的界限。我们发现使用色码的保真度最高的操作,当准备逻辑X和Z操作符的本征态时,容错SPAM操作实现了0.99939(15)和0.99959(13)的保真度,这分别高于物理X和Z基底的平均物理量子比特SPAM保真度0.9968(2)和0.9970(1)。当与逻辑横向CNOT门相结合时,我们发现颜色代码执行序列-状态准备,CNOT,测量-平均保真度由[0.9957,0.9963]限定。逻辑保真度界限高于类似的物理级保真度界限,我们发现它是[0.9850,0.9903],反映了多个物理噪声源,如两个量子位的SPAM错误,几个单量子位门,一个两量子位门和一些内存错误。
2022-08-03 quant-ph
Onset of a Quantum Phase Transition with a Trapped Ion Quantum Simulator
量子模拟器是一个良好控制的量子系统,它可以模拟另一个量子系统的行为,这可能需要指数级大的经典计算资源来理解。在20世纪80年代,费曼提出在标准可控量子系统上使用量子逻辑门来有效地模拟模型哈密顿量的行为。最近的实验利用囚禁离子和中性原子实现了外磁场作用下伊辛模型的量子模拟,并显示出对非平凡Ising耦合模式的几乎任意控制。在这里,我们使用激光冷却捕获的171-Yb+离子模拟磁的出现在一个相互作用的自旋系统通过实施一个完全连接的非均匀铁磁伊辛模型在横向磁场。为了将这种量子模拟与凝聚态物理联系起来,我们测量了适合于描述较大系统的可扩展的关联函数和序参量,例如磁化的各种时刻。通过增加伊辛耦合强度与外部场相比,从顺磁性到铁磁性顺序的交叉尖锐的系统是按比例从N = 2到9捕获的离子自旋。这指向量子相变的开始,当系统接近宏观尺度时,相变应该变得无限尖锐。我们比较测量的基态秩序的理论,这可能成为棘手的非均匀伊辛耦合的自旋数增长超过20- 30,甚至NP完全的一个完全连接的挫折伊辛模型,使这个实验的一个重要的基准大规模量子模拟。
2011-03-12 physics.atom-ph quant-ph