Experimental implementation of universal nonadiabatic geometric quantum gates in a superconducting circuit
利用几何相位实现抗噪声量子计算是提高控制保真度的重要方法。在这项工作中，我们在超导量子比特链中实验实现了一个通用的非绝热几何量子门。我们实现的单和两个量子比特的几何门的特点与量子过程层析成像和随机基准测试方法。单量子比特旋转门和双量子比特控制Z门的平均量子效率分别为0.9977（1）和0.977（9）。此外，我们还通过实验证明了实现的单量子比特几何门的抗噪声特性，通过比较它们的性能与传统的动态门与不同类型的错误在控制领域。因此，我们的实验证明了一种方法来实现高保真几何量子门的鲁棒量子计算。
2020-06-25 quant-ph
Path-optimized nonadiabatic geometric quantum computation on superconducting qubits
基于非绝热几何相的量子计算因其快速操作和固有的抗噪性而引起了广泛的兴趣。然而，它仅限于某些特殊的演化路径，且门时间通常比传统的动态门长，导致所实现的几何门的鲁棒性减弱，不稳定性增加。在这里，我们提出了一个路径优化的超导transmon量子比特的几何量子计算方案，高保真和强大的通用非绝热几何门可以实现，基于传统的实验设置。具体地说，我们发现，通过选择适当的演化路径，所构造的几何门可以优于其相应的动力学在不同的局部误差。数值模拟表明，单比特几何相位门、$π/8$门和Hadamard门的量子效率分别为$99.93\%$、$99.95\%$和$99.95\%$.值得注意的是，双量子位控制相位门的保真度可以高达$99.87\%$。因此，我们的方案为几何量子计算提供了一个新的视角，使其在大规模容错量子计算中的应用更有前景。
2021-11-04 quant-ph
Super-Robust Nonadiabatic Holonomic Quantum Computation in coherence-protected Superconducting Circuits
针对传统非绝热全同量子计算操作时间长、易受退相干影响的问题，本研究在无退相干子空间中结合电容耦合transmon量子比特实现超鲁棒方案，可在二维超导量子比特晶格上完成通用门操作，抗全局控制误差和退相干能力更优。
2024-10-10 quant-ph
Dynamically Optimized Super-Robust Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates Based on Superconducting Circuits
提出一种动态优化的超鲁棒非绝热和乐量子计算方案，通过设计动态校正脉冲将误差校正至四阶，结合超导电路无退相干子空间编码，实现了对控制误差和集体相位误差均具鲁棒性的高保真量子门。
2025-09-16 quant-ph
Experimental realization of nonadiabatic geometric gates with a superconducting Xmon qubit
几何相位只依赖于演化路径而不依赖于演化细节，具有一定的抗噪特性。基于不同的几何相位，人们提出了各种各样的量子门，如基于非绝热阿贝尔几何相位的非绝热几何门和基于非绝热非阿贝尔几何相位的非绝热完整量子门。到目前为止，非绝热完整单量子比特门已被实验证明与超condunting transmon，其中三个级联配置的最低水平都应用在操作中。然而，第二激发态的transmons具有相对较短的相干时间，这导致量子门的保真度降低。在这里，我们实验上实现了基于阿贝尔几何相位的非绝热几何单量子比特门与超导Xmon量子比特。该实现在Xmon量子比特的两个最低能级上执行，从而避免了第二激发态的短相干时间的影响。实验结果表明，单比特量子门的平均正确率可以分别达到99.6%和99.7%。
2019-09-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Electric nonadiabatic geometric entangling gates on spin qubits
量子纠缠的产生和维持是量子操作最优构造的核心，也是实现通用量子计算的基本问题。我们在这里介绍一个自旋量子位的设置，它允许在具有任意纠缠功率的寄存器量子位之间几何实现纠缠门。我们通过演示一个通过自旋链的电路来证明这一点，该电路执行通用非绝热完整两量子比特纠缠。所提出的门都是电的和几何的，这将有助于在自旋量子比特上实现快速和鲁棒的纠缠门。这个纠缠门家族包含与量子算法中的CNOT门一样有效的门。我们在一定程度上研究了电路的鲁棒性。
2017-07-10 quant-ph
Rydberg-atom-based scheme of nonadiabatic geometric quantum computation
非绝热几何量子计算提供了一种实现快速、鲁棒的量子门的方法。它已经在各种物理系统中实现，如囚禁离子、核磁共振和超导电路。另一个适合于实现非绝热几何量子计算的系统可以是里德伯原子，因为它们的内部状态具有非常长的相干时间，并且里德伯介导的相互作用有助于实现两个量子比特门。本文提出了一种基于里德伯原子的非绝热几何量子计算方案，它结合了非绝热几何门的鲁棒性和里德伯原子的优点.
2017-11-14 quant-ph
Variationally Compressing Quantum Circuits to Approximate Nonadiabatic Molecular Quantum Dynamics
University of Georgia（佐治亚大学）
本文提出通过变分压缩量子电路来近似非绝热分子动力学，通过经典模拟混合量子-经典优化方法，保留反应速率系数并利用量子硬件实现绝热动力学。
2026-05-07 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Noise-resilient nonadiabatic geometric quantum computation for bosonic binomial codes
Fujian Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optics, College of Physics and Information Engineering, Fuzhou University（福州大学物理与信息工程学院）；School of Physics, Hangzhou Normal University（杭州师范大学物理学院）；Center for Joint Quantum Studies and Department of Physics, School of Science, Tianjin University（天津大学理学院）；Institute of Quantum Science and Technology, Yanbian University（延边大学量子科学与技术研究院）；Quantum Information Physics Theory Research Team, Center for Quantum Computing, RIKEN（理研量子计算中心）
本文提出利用二项码实现抗噪声的非绝热几何量子计算，通过结合几何相位与反向工程和优化控制，提高误差容忍度和噪声鲁棒性，实验参数显示在参数波动和退相干下仍能保持较高的门保真度。
2026-03-18 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
Nonadiabatic geometric quantum gates that are insensitive to qubit-frequency drifts
基于几何相位的量子操纵为实现鲁棒的量子门提供了一条很有前途的途径。然而，在非绝热几何相位的当前实现中，操作和/或随机误差倾向于破坏引起几何相位的条件，从而模糊它们的噪声弹性特征。在最近的一项实验中，[Y。Xu等人，物理修订信函124，230503（2020）]，高保真通用几何量子门已经在超导电路中实现，其在几何演化路径的不同配置下对不同类型的错误是鲁棒的。在这里，我们应用路径设计策略来详细解释为什么这两种配置可以实现通用量子门在一个单一的环路的方式。同时，我们有目的地诱导我们的几何操作，通过选择对量子比特频率漂移引起的误差是鲁棒的路径配置，这是现实超导电路上的主要误差源，并没有被故意解决。此外，我们的建议可以进一步结合复合计划，以提高门的鲁棒性，这是通过数值模拟验证。因此，我们的方案提供了一个很有前途的方法走向实际实现的高保真和鲁棒的非绝热几何量子门。
2021-03-16 quant-ph
Nonadiabatic geometric quantum computation with shortened path on superconducting circuits
近年来，非绝热几何量子计算由于其快速操作和内在的抗错特性而受到广泛关注。然而，为了获得通用的几何量子控制，只能提出有限的和特殊的演化路径，这通常需要更长的门时间和更多的操作步骤，从而导致实现的量子门的质量较低。本文提出了一种在传统几何量子计算条件下寻找最短几何路径的有效方案，该方案只需单循环演化就可以实现高保真、鲁棒的几何门，且性能优于相应的动力学几何门.此外，我们可以在我们的方案中优化脉冲形状，以进一步缩短选通时间，这取决于路径的行进速度。此外，我们还提出了它的物理实现超导电路，由电容耦合transmon量子位，几何单和双量子位门的结晶度可以高于$99.95\%$和$99.80\%$在当前最先进的实验技术，分别。这些结果表明，我们的方案是有希望的大规模容错量子计算。
2021-11-02 cond-mat.supr-con quant-ph
Superrobust Geometric Control of a Superconducting Circuit
绝热量子演化过程中的几何相位具有抗噪声的特性，可以用来构造量子信息处理的鲁棒量子控制。沿着这条线的一个重要发展是构造几何门使用非绝热量子演化，以减少由于退相干的错误。然而，它已被证明，非绝热几何门不一定比动态的更强大，在一个直观的预期。在这里，我们对非绝热完整量子计算~（NHQC）的情况下的这个问题进行了实验研究，并表明传统的NHQC方案不能保证预期的鲁棒性，由于交叉耦合到计算空间之外的状态。我们实现了一套不同的约束门建设，以抑制这种交叉耦合，以实现增强的鲁棒性。使用超导量子线路，我们展示了高保真完整门，其对准静态横向误差的不保真度可以被抑制到四阶，而不是在传统的NHQC和动态门的二阶。此外，我们明确地测量由于上述交叉耦合的累积动力学相位，并验证它确实是大大减少在我们的NHQC计划。我们进一步展示了一个协议，用于构建两个量子位NHQC门也具有增强的鲁棒性。
2021-12-10 quant-ph
Nonadiabatic holonomic quantum computation with all-resonant control
超导量子线路上的完整量子计算的实现是一个挑战，这是由于多电平系统之间的可控复杂耦合的普遍要求。在这里，我们解决了这个问题，提出了一个可扩展的电路QED晶格与简单的实现一套通用的非绝热完整量子门。与现有方案相比，通过对无消相干子空间中的逻辑量子比特进行传输线-传输线混合编码，可以实现单逻辑量子比特门和双逻辑量子比特门的可调谐全谐振设计.这种独特的优点导致量子门具有非常快的速度，因此具有非常高的量子效率。因此，我们的方案为高保真非绝热完整量子计算的实际实现铺平了道路。
2016-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Super-robust nonadiabatic geometric quantum control
非绝热几何量子计算（NGQC）和非绝热完整量子计算（NHQC）被提出来减少几何量子门的运行时间。然而，在对实验控制误差的鲁棒性方面，现有的NGQC和NHQC方案在大多数情况下与标准动态门相比没有优势。在这里，我们给出了非绝热几何门对控制误差敏感的原因，并进一步提出了一种超鲁棒非绝热几何量子控制方案，其中的超鲁棒条件可以保证几何门的高速性和鲁棒性.为了说明超鲁棒几何量子门的工作机制，我们分别给出了二能级和三能级量子系统的SR-NGQC和SR-NHQC的两个简单例子。理论和数值结果与实验参数表明，我们的计划可以显着提高门性能相比，以前的NGQC，NHQC，和标准的动力学计划。超鲁棒的几何量子计算可以应用于各种物理平台，如超导量子比特、量子点和囚禁离子。所有这些都充分表明，我们的方案提供了一个很有前途的方法来实现鲁棒的几何量子计算。
2021-09-16 quant-ph
An Oracle-Free Quantum Algorithm for Nonadiabatic Quantum Molecular Dynamics
本文提出一种无需Oracle的量子算法，用于非绝热量子分子动力学，通过直接应用非绝热哈密顿算子作为分裂算子传播器，验证了动态可观测量，展示了多模式和多通道扩展中的电路优化，以及量子电路在容错尺度下的资源估计优势。
2026-04-21 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Analytic Design of Accelerated Adiabatic Gates in Realistic Qubits: General Theory and Applications to Superconducting Circuits
绝热性捷径是加速绝热量子协议的一种常用方法，在量子信息处理中有许多潜在的应用。不幸的是，分析构建具有复杂相互作用和多个层次的系统绝热性的捷径是一项具有挑战性的任务。这通常通过假设理想化的哈密顿量来克服[例如，仅保留能级的有限子集，并进行行波近似（RWA）]。在这里，我们开发了一种$analytic$方法，允许人们超越这些限制。我们的方法是通用的，并在分析推导出的脉冲形状，纠正非绝热错误以及非RWA错误的结果。我们还表明，我们的方法可以产生脉冲需要一个较小的驱动功率比传统的非绝热协议。我们详细展示了我们的想法可以用来分析设计高保真单量子位的“三脚架”门在一个现实的超导fluxonium量子位。
2021-07-09 quant-ph
Nonadiabatic corrections to fast dispersive multiqubit gates involving Z control
我们回顾了一个依赖于时间的版本的Schriffl-Wolff变换，占系统参数的实时控制，很快就可以在广泛的基础上，由于技术的进步。将通过Jaynes-Cummings相互作用耦合到腔的$N$多能级系统的色散区域扩展到最一般的情况。作为一个具体的例子，我们严格地应用该技术分散的两个量子比特门在超导体系结构中，显示基于以前的模型的结晶度关闭高达$10^{-2}$，这当然是相关的高保真度门兼容的容错量子信息设备。一个封闭的分析形式的误差取决于目标的发展关闭我们的工作。
2017-02-13 quant-ph
High-fidelity geometric quantum gates with short paths on superconducting circuits
几何相位对某些类型的局部噪声具有鲁棒性，因此为高保真度量子门提供了一种有前途的方法。然而，与动力学量子门相比，以往的非绝热几何量子门的实现通常需要较长的演化时间，这是因为它们需要较长的演化路径.本文提出了一种基于简单脉冲控制技术的短路径非绝热几何量子门的实现方案，取代了以往研究中的复杂脉冲控制，从而可以进一步抑制环境引起的噪声的影响。具体来说，我们说明了超导量子线路的想法，这是一个最有前途的平台，实现实用的量子计算机。由于该方案缩短了几何演化路径，我们可以获得超高的门保真度，特别是对于两量子比特门的情况，正如我们的数值模拟所验证的。因此，我们的方案为在固态量子系统上实现高保真、鲁棒的量子计算提供了一条很有前途的途径。
2021-02-06 quant-ph
Multi-set variational quantum dynamics algorithm for simulating nonadiabatic dynamics on quantum computers
针对多电子态非绝热动力学，提出多组态MS-VQD算法，用多个自适应PQC表示电子-核耦合波函数，以更浅电路达到传统VQD精度。
2025-03-10 physics.chem-ph quant-ph
State-independent geometric quantum gates via nonadiabatic and noncyclic evolution
本文提出基于光滑演化路径的纯非绝热非循环几何相位通用量子门方案，数值证明其鲁棒性优于动力学门和循环几何门，并在超导电路上实现单比特门99.97%和两比特门99.87%的高保真度。
2024-02-20 quant-ph
Nonadiabatic Holonomic Quantum Computation via Path Optimization
非绝热完整量子计算（NHQC）是通过快速演化过程以几何方式实现的，以抵抗局域噪声。然而，目前实施NHQC的工作对系统噪声和误差很敏感。本文提出了一种基于非阿贝尔几何相位的路径优化NHQC（PONHQC）方案，发现不同的演化路径可以构造出对系统噪声有不同响应的几何门。由于PONHQC方案的灵活性，我们可以选择一个优化的路径，可以导致出色的门性能。数值模拟表明，我们的优化方案可以大大优于传统的NHQC方案，在保真度和门的鲁棒性。此外，我们提出了在超导量子线路上实现我们的策略与消相干的子空间编码与实验友好的两体交换相互作用。因此，我们提出了一个灵活的NHQC方案，这是有前途的未来强大的量子计算。
2022-10-19 quant-ph
Robust nonadiabatic geometric quantum computation by dynamical correction
除了固有的抗噪声特性外，非绝热几何相位具有快速演化的性质，因此可以自然地用于构造具有优异性能的量子门，即，非绝热几何量子计算（NGQC）然而，以前的单回路NGQC方案对操作控制误差敏感，即，$X$错误，由于实施的限制。在这里，我们提出了一个强大的计划NGQC结合动态校正技术，它仍然只使用简化的脉冲，从而实验友好。数值结果表明，我们的方案可以大大提高门的鲁棒性在以前的协议，保留了几何相位的固有优点。此外，为了对抗由于$Z$误差引起的失相噪声，我们可以结合无消相干子空间编码策略。通过这种方式，我们的方案可以对这两种类型的错误都具有鲁棒性。最后，我们也提出如何在超导量子线路上以实验验证的技术来实现这个方案。因此，由于固有的鲁棒性，我们的方案提供了一个有前途的替代未来的可扩展容错量子计算。
2022-08-02 quant-ph
Nonadiabatic noncyclic geometric quantum computation in Rydberg atoms
非绝热几何量子计算（NGQC）是为了实现快速、鲁棒的几何门而发展起来的。然而，传统的NGQC是，所有的门执行完全相同的时间量，无论几何旋转角度是大还是小，由于循环条件的限制。本文提出了一种非绝热非循环几何量子计算（NNGQC）方案，即通过非循环非阿贝尔相位构造任意的单比特和双比特几何量子门。因此，该方案可以加速实现的几何门，以对抗环境退相干的影响。此外，这种可扩展的方案可以应用于各种量子平台，如超导量子比特和里德伯原子。具体而言，对于单比特量子门，我们在中性原子系统中用实际参数进行了模拟，以显示NNGQC的鲁棒性，并与NGQC用最近的实验参数进行了比较，表明NNGQC可以显著抑制退相干误差。此外，我们还证明了在现有的实验技术条件下，非平凡的两量子比特几何门可以通过非常规的Rydberg封锁机制来实现。因此，我们的方案为基于中性原子的快速、稳健的量子计算提供了一种很有前途的方法。
2020-10-26 quant-ph
Controls of a superconducting quantum parametron under a strong pump field
在约两倍于固有频率的泵浦下，被称为参量管或克尔参量振荡器的约瑟夫森参量振荡器显示出自振荡。提出了以自激参量子为量子比特的量子退火和普适量子计算。然而，泵浦场下的参变子的控制由于哈密顿量中不需要的快速振荡项而退化，我们称之为非共振快速振荡项（NROTs），它来自于违反旋转波近似。因此，泵浦场可能是参变管控制不完善的内在根源。在这里，我们从理论上研究NROTs对参变子控制精度的影响：猫态的创建和单量子位门。结果表明，在传统方法中，非绝热跃迁的抑制和旋转波近似的有效性之间存在一种折衷关系。我们还表明，定制的泵浦场的失谐量的时间依赖性可以抑制非绝热跃迁和由于NROTs的参变子的状态的扰动。
2021-06-01 quant-ph
Dynamical Lamb Effect in a Tunable Superconducting Qubit-Cavity System
将自然原子置于含时腔中，由于与量子化光子模的相互作用，原子可以被参量激发。这样一个过程的通道之一是动态兰姆效应，诱导的原子能级兰姆位移的非绝热调制。然而，在自然原子的实验中，很难将这种效应与原子激发的其他机制分开。我们指出，与超导量子比特（人造宏观原子）耦合的传输线腔为观察动力学兰姆效应提供了一个独特的平台。一个关键的想法是利用一个动态可调的量子位谐振器耦合，这是最近实现的。通过非绝热地改变耦合，即使腔最初是空的，也可以通过兰姆位移的非绝热调制来参数化地激发量子比特。在具有时变耦合常数的Rabi模型中，超越旋转波近似，研究了这样一个耦合系统的动力学。提出了一种有效的方法，通过周期性和非绝热开关的量子比特谐振器耦合能量来增加效果。
2015-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Dynamical-Corrected Nonadiabatic Geometric Quantum Computation
本文提出一种结合动力学校正技术的非绝热几何量子计算方案，可在单环和双环复合脉冲策略上构造超鲁棒几何门，有效抵抗系统误差和集体退相干误差，为大规模容错量子计算提供新途径。
2023-07-11 quant-ph
Engineered Robustness for Nonadiabatic Geometric Quantum Gates
Southern University of Science and Technology (SUSTech)（南方科技大学）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；International Quantum Academy（国际量子科学院）
本文提出非绝热几何量子门框架，通过引入辅助约束提升鲁棒性，实现高保真单量子门，其保真度随Rabi振幅误差呈ε^4级衰减，优于传统动力学门的ε^2级。
2025-11-06 quant-ph
Experimental Realization of Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Quantum Gates with Two Dark Paths in a Trapped Ion
研究在囚禁的$^{171}\mathrm{Yb}^{+}$离子中基于四能级系统实验实现了具有两条暗路径的非绝热和乐单量子比特量子门，兼具快速非绝热演化与抗系统误差优势，为快速鲁棒的和乐量子计算提供了有效方法。
2021-01-20 quant-ph
Implementing universal nonadiabatic holonomic quantum gates with transmons
众所周知，几何相位在量子演化/操作中是抗噪声的。完整量子门为我们提供了一种通向普适量子计算的强大途径，因为这些量子门实际上是由非阿贝尔几何相位诱导的。在这里，我们提出并阐述了如何有效地实现通用的非绝热完整量子门在简单的超导电路，一个单一的transmon作为一个量子比特。在我们的方案中，通过改变与一个传输子共振耦合的两个微波场的振幅和相位差，可以在单回路方案中实现任意的单量子比特完整门，而非平凡的双量子比特完整门可以通过传输线共振器以有效的共振方式同时耦合到两个目标传输子来产生.此外，我们的方案可以很容易地扩展到一个二维的晶格配置，这是能够支持大规模的量子计算，铺平了道路，实际上实现通用的非绝热完整量子计算与超导电路。
2018-05-10 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent control of microwave pulse storage in superconducting circuits
用于量子存储器的相干脉冲控制在光域中是可行的，但在微波量子线路中是新生的。我们展示了如何通过利用和扩展超导量子线路中现有的电磁感应透明技术，在超导电路中实现相干存储和按需脉冲恢复。我们的方案采用了一个线性阵列的超导人工原子耦合到微波传输线。
2012-12-20 quant-ph
Nonadiabatic holonomic quantum computation with dressed-state qubits
实现完整量子计算是一项具有挑战性的任务，因为它需要多级系统之间的复杂相互作用。本文提出了在电路QED中实现基于缀饰态量子比特的非绝热完整量子计算。利用外加微波场并调节其振幅和相位，可以方便地实现任意完整单量子比特门。同时，非平凡的两量子比特门可以实现在耦合腔的情况下，通过接地SQUID与可调相互作用的帮助下，其中的调谐是通过调制通过SQUID的交流通量实现的。此外，我们的建议是直接可扩展的，一个二维的晶格配置。在本方案中，修饰态只涉及每个transmon量子比特的最低两个能级，并且所利用的有效相互作用都是共振性质的。从而揭示了在超导电路上实现完整量子计算的主要困难。
2017-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Computational modeling of decay and hybridization in superconducting circuits
我们提出了一个框架，集成了经典的微波分析与电路量化的超导电路建模。我们的框架，使超导电路的有损本征模的计算，我们通过分析多路复用，珀塞尔过滤transmon读出架构相关的几个电路演示的方法。我们表明，由我们的方法得到的transmon弛豫时间同意建立近似$T_1 \approx C/\text{Re}[Y(iω_q)]$远离环境共振，并不消失的共振。我们还表明，在读出电路中的模式的杂交是非常敏感的Purcell滤波器的带宽。
2019-03-21 quant-ph
Four-junction superconducting circuit
我们发展了一个量子电路的理论，该量子电路由一个被四个约瑟夫森结中断并被一个磁通量（静态的或随时间变化的）穿透的超导回路组成。除了与典型的三结通量量子比特在双阱制度的相似性，我们证明了四结电路从它的三结模拟的差异，包括它的优势，后者。此外，四结电路在单阱区也进行了研究。我们的理论提供了一个工具，以探索这种四结超导电路的物理特性。
2016-08-03 quant-ph
CircuitQ: An open-source toolbox for superconducting circuits
我们介绍CircuitQ，这是一个用于分析Python实现的超导电路的开源工具箱。它的特点是一个符号的输入电路的哈密顿和动态数值表示的哈密顿与可变的基础选择的自动化建设。其他功能包括各种噪声机制下的电路状态的T1寿命的估计。我们回顾以前建立的电路量化方法，并制定它们的方式，有利于软件实现。然后通过将其应用于实际相关的量子位电路并将其与专业电路求解器进行比较来展示工具箱。我们的电路量化适用于来自大设计空间的电路输入，并且软件是开源的。因此，我们为量子信息处理应用的新量子线路的设计增加了重要的资源。
2022-09-28 quant-ph
Dynamics of an Ion Coupled to a Parametric Superconducting Circuit
超导电路和囚禁离子是量子信息处理的有前途的结构。然而，控制这些系统的固有频率--射频离子控制和微波域超导量子位控制--使它们之间的直接哈密顿相互作用变弱。在本文中，我们描述了一种技术，用于耦合一个被困离子的运动的基本模式的超导电路，通过施加到电路仔细调制的外部磁通量。与非线性元件（约瑟夫森结）结合，这为电路提供了有效的时间相关电感。然后，我们展示了如何调整外部通量，以产生电路和离子的运动模式之间的谐振耦合，并讨论了这种方法的局限性相比，使用随时间变化的电容。
2016-04-16 quant-ph
Automated discovery of superconducting circuits and its application to 4-local coupler design
超导电路已经成为构建量子处理器的有前途的平台。设计电路的挑战是在实现一组性能指标与降低电路复杂性和噪声敏感性之间进行折衷。与此同时，人们需要探索一个大的设计空间，计算方法往往会产生很长的模拟时间。在这里，我们使用SCILLA自动化的电路设计任务，超导电路的自动发现软件。SCILLA执行并行化的闭环优化，以设计符合预定义属性（如频谱特征和噪声灵敏度）的电路图。我们利用它来发现超导通量量子比特的4-本地耦合器，并确定一个电路，该电路在耦合强度和噪声弹性方面优于现有的具有类似电路结构的方案。这项工作展示了自动发现如何促进量子信息处理的复杂电路架构的设计。
2020-03-20 quant-ph
Enumeration of all superconducting circuits up to 5 nodes
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
本文枚举了所有不超过5个节点的非线性超导电路，通过哈密顿类分类编目设计空间，并基于三节点电路搜索新型量子比特，为电路设计提供起点。
2026-09-21 quant-ph
Controllable non-Hermitian qubit-qubit Coupling in Superconducting quantum Circuit
该研究提出在超导量子电路中通过高损耗谐振器实现可控非厄米耦合，可调谐能级吸引、奇异点位置及非互易性，为探索非常规量子效应提供新方法。
2024-12-17 quant-ph
Entangling distant systems via universal nonadiabatic passage
本文提出通用非绝热通道方法，用于纠缠远距离量子比特，实现高保真度贝尔态和GHZ态制备，且对噪声和误差具有鲁棒性。
2025-02-26 quant-ph
Multi-frequency control pulses for multi-level superconducting quantum circuits
超导量子线路，例如超导相位量子位，具有多个量子态，其可以干扰理想量子位操作。从理论上探讨了利用多状态系统的能量差谐振的多频率控制脉冲。一种分析方法来设计这样的控制脉冲的开发，使用的Floquet方法的推广到多个频率控制。该方法适用于优化超导量子比特和量子比特的控制，并被发现是在良好的协议与时间相关的数值模拟。
2009-09-08 quant-ph
Efficient modeling of superconducting quantum circuits with tensor networks
我们引入一个有效的张量网络工具箱来计算大规模超导量子线路的低能量激发，达到所需的精度。我们基准的fluxonium量子比特，超导量子线路的基础上的约瑟夫森结阵列超过一百结的算法。作为这个数值工具提供的可能性的一个例子，我们计算由于电荷噪声和相干量子相位滑移的fluxonium量子比特的纯退相相干时间，考虑到阵列自由度对应于大到$~15^{180}$的希尔伯特空间。我们的算法适用于各种各样的电路QED系统，并可能是一个有用的工具，按比例放大超导量子比特技术。
2019-12-02 quant-ph
Superfluid-Mott-insulator transition in superconducting circuits with weak anharmonicity
从理论上研究了含有弱非谐性在位超导量子比特的二维超导电路阵列的基态性质。特别地，我们分析了这种非谐性对莫特绝缘体到超流量子相变的影响。在平均场近似下给出了完整的基态相图。有趣的是，SQs的非谐性对Mott瓣的影响很大，当非谐性为零时，单激励Mott瓣消失。研究结果可用于指导基于超导电路的量子模拟的实现，超导电路具有良好的集成性和灵活性。
2017-12-19 quant-ph
Variational tight-binding method for simulating large superconducting circuits
我们推广固态紧束缚技术的频谱分析的大型超导电路。我们发现紧束缚态比电荷基态更适合于近似低能激发，如电流镜电路的有趣例子所示。紧束缚的使用可以显着降低收敛到真实谱所需的希尔伯特空间维数，并允许精确模拟电荷基对角化无法达到的较大电路。
2021-04-29 quant-ph
Electromagnetically induced acoustic transparency with a superconducting circuit
本文报道了将超导人工原子耦合到一维声表面波传输线上的机械场的电磁感应透明现象。电磁微波驱动器被用作控制场，使得超导transmon量子比特对声学探测束透明。由于上能级的弛豫被抑制，声耦合的强频率依赖性使得EIT能够处于梯形配置。我们的研究结果表明，超导电路可以被设计成与声场的参数制度不容易访问纯电磁系统。
2020-06-23 quant-ph
Light-Matter Interaction in dispersive Superconducting Circuit QED
针对电路 QED 量子化模型忽视超导能隙附近色散的问题，提出纳入频率依赖表面阻抗的量子化方法，揭示超导色散会影响有效光–物质相互作用截止。
2025-05-15 quant-ph
Moving beyond the transmon: Noise-protected superconducting quantum circuits
由超导电路实现的人造原子提供了以高保真度存储和处理量子信息的独特机会。其中，利用本征噪声保护的电路的实现近年来得到了迅速发展。这些噪声保护器件构成了一类新的量子比特，其中计算状态在很大程度上与本地噪声通道解耦。工程设计此类系统的主要挑战是同时防止位翻转和相位翻转错误，并确保高保真量子位控制。虽然部分噪声保护在依赖于单个量子自由度的超导电路中是可能的，但是完全保护的承诺只能通过实施多模或混合电路来实现。这一观点回顾了这些新量子比特核心的理论原理，描述了最近的实验，并强调了超导量子比特中量子信息的鲁棒编码的潜力。
2021-06-18 quant-ph
Accelerated super-robust nonadiabatic holonomic quantum gates
针对非绝热完整量子门的状态泄漏与门时间过长问题，提出三段式 Hamiltonian 加速方案，在二维超导电路中实现更短门时间、更低退相干错误和更强鲁棒性。
2023-10-01 quant-ph
Decoherence of the flux-based superconducting qubit in an integrated circuit environment
超导的、基于磁通量的量子比特是构建大规模量子计算机的有希望的候选者。我们提出了一个明确的量子力学计算的相干行为的通量为基础的量子比特在嘈杂的实验环境中，如一个集成电路包含偏置和控制电子。我们表明，非热噪声源，如偏置电流波动和磁耦合到附近的主动控制电路，将导致退相干的基于磁通量的量子比特的时间尺度上的最近的实验相干时间测量。
2003-04-04 quant-ph
Computer-aided quantization and numerical analysis of superconducting circuits
新的超导电路的开发和现有电路的改进依赖于光谱特性的准确建模，这是实现量子比特性能所需进步的关键。在集总元件水平上的系统电路分析，从电路网络开始，并以适当描述电路的量子特性的哈密顿量为终点，是一个完善的程序，但对于较大的电路来说，手动执行很麻烦。我们目前的工作，利用符号计算机代数和数值对角化例程多才多艺，足以应付各种电路。这项工作的结果可以通过scqubits包的一个新发布的模块访问。
2022-07-02 quant-ph
Fast and robust creation of an arbitrary single qubit state by nonadiabatic shortcut pulses in a three-level system
在容错量子算法中，量子比特的高保真初始化对于有效纠错具有重要意义。结合速度和鲁棒性这两个最佳世界来实现高保真状态制备和操纵在量子系统中具有挑战性，其中量子比特在频率上间隔很近。受绝热短路概念的启发，我们从理论上提出了基于逆向工程的绝热短路脉冲，并进一步优化了脉冲的频率失谐和Rabi频率的系统误差。该协议与频率选择性有关，适用于稀土离子量子比特系统，其中频率相邻量子比特的激发也应该被阻止。此外，与绝热复双曲正割脉冲的比较表明，这些专用初始化脉冲可以将离子在激发态中花费的时间减少6倍，这在相干时间受限系统中是重要的，以接近可通过量子纠错管理的错误率。该方法也可以适用于超导量子位，以及量子位在频率上寻址的任何其他系统。
2019-04-08 quant-ph
Normal modes of a superconducting transmission-line resonator with embedded lumped element circuit components
本文提出了一种识别超导传输线耦合简正模的方法。我们评估的有效传输线的非线性的情况下，克尔类约瑟夫森相互作用的电路中，并在嵌入式电路构成量子位自由度的情况下，这是拉比耦合到传输线中的字段。我们的理论定量地解释了在最近的实验中观察到的非常高的正克尔非线性[M。Kazak等人，应用物理信函104，162604]，并且我们可以评估实验电路的修改版本的成就。
2016-07-18 quant-ph
Fermionic Models with Superconducting Circuits
提出了一种对含超导电路的费米子系统进行有效量子模拟的方法。它包括适当使用乔丹-维格纳映射，特罗特分解和多量子比特门，使用量子总线或直接电容耦合。我们将我们的方法应用到一维和二维费米-哈伯德模型的典型情况下，涉及耦合与最近和次最近的邻居。此外，我们提出了一个最佳的架构，这个模型，并讨论了在现实的电路量子电动力学设置的模拟基准。
2015-03-31 quant-ph
Detecting non-Abelian statistics of topological states on a chain of superconducting circuits
拓扑保护态的非阿贝尔统计由于其重要性和广泛的应用前景，近年来引起了人们的广泛关注。然而，由于固态材料的操作困难，非阿贝尔统计的实验实现是缺乏的。超导量子线路系统具有可扩展性和可控性，是一个很有前途的量子模拟平台。在这里，我们提出了一个计划，以证明非阿贝尔统计的拓扑保护的零能量边缘模式的超导电路链。具体地说，我们可以通过改变链中的跳跃强度和磁场来实现拓扑相变，并且实现的非阿贝尔操作可以用于拓扑量子计算。考虑到超导量子线路的优点，我们的协议可能会揭示量子计算的拓扑保护状态。
2020-02-13 quant-ph
