Using continuous measurement to protect a universal set of quantum gates within a perturbed decoherence-free subspace
我们考虑一组通用的量子门编码在一个受扰的消相干的四个物理量子比特的子空间。使用二阶微扰理论和测量装置建模的无限组的谐振子,简单地耦合到系统中,我们表明,连续观察的偶联剂诱导抑制的退相干由于杂散扰动。因此,我们提出了保护甚至创建一个消相干子空间来处理量子信息的想法。
2005-01-12 quant-ph
Efficient verification of quantum gates with local operations
量子设备功能的有效验证是量子技术发展的关键,但随着系统规模的增加,这是一项艰巨的任务。在这里,我们提出了一个简单的和一般的框架来验证酉变换,可以应用于个人量子门和门集,包括量子线路。该框架使得能够有效地验证许多重要的酉变换,包括但不限于所有二分酉变换、Clifford酉变换、广义受控$Z$门、广义受控非门、受控交换门和置换变换。对于所有这些酉,样本复杂度最多随系统大小线性增加,并且通常与系统大小无关。此外,即使只能准备泡利本征态并进行局部测量,也不会产生太大的开销。我们的方法是适用于许多情况下,其中随机基准(RB)不适用,因此有助于量子计算和许多其他应用程序中的量子信息处理。
2020-04-16 quant-ph
Proof-of-principle experimental demonstration of quantum gate verification
为了采用量子器件,首先需要评估器件中的量子门的性能。由于量子门的维数随着量子比特的数量呈指数增长,因此评估量子门的性能是一项具有挑战性的任务。最近,一种称为量子门验证(QGV)的方案被提出,它可以以接近最优的效率验证量子门。在本文中,我们实现了一个原理验证的光学实验来证明这种QGV方案。我们表明,对于一个单量子位量子门,只需要$\sim300$样本来确认的量子门的保真度至少是$97\%$与$99\%$置信水平使用QGV方法,而至少$\sim3000$样本需要使用标准的量子过程层析成像方法来实现相同的结果。本文所验证的QGV方法具有广泛应用于各种量子信息应用中量子器件的评估的潜力。
2022-02-11 quant-ph
Impact of decoherence on the fidelity of quantum gates leaving the computational subspace
本文将多量子比特操作平均门保真度的解析表达式推广至系统状态暂时离开计算子空间的情形,并以超导量子比特和中性原子的双量子比特受控-Z门为例,为理解量子计算机扩展时的门误差预算提供了工具。
2025-03-05 quant-ph
Efficient Experimental Verification of Quantum Gates with Local Operations
验证量子门的正确功能是实现可靠的量子信息处理的关键一步,但由于维数灾难,随着系统规模的增长,它成为压倒性的挑战。最新的理论突破表明,仅使用局部运算就可以用最佳样本复杂度$O(1/ε)$验证各种重要的量子门,其中$ε$是估计精度。在这项工作中,我们提出了一个变种的量子门验证(QGV),这是强大的实际门的缺陷,并在实验上实现了有效的QGV的两个量子位控制非门和三个量子位Toffoli门仅使用本地状态的准备和测量。实验结果表明,通过平均仅使用1600和2600个测量,我们可以以95%的置信水平验证所实现的受控非门和Toffoli门分别具有至少99%和97%的正确性。我们的工作证明了QGV优越的低样本复杂性和实验可行性,有望解决量子时代验证大型量子器件的维数灾难。
2021-07-06 quant-ph
Heralded nonlocal quantum gates for distributed quantum computation in a decoherence-free subspace
本文提出一种可预告的非局域量子门协议,通过动态控制演化并借助辅助原子后选择,在退相干自由子空间内实现高保真分布式量子计算。
2024-11-23 quant-ph
Single-Loop and Composite-Loop Realization of Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates in a Decoherence-Free Subspace
高保真度的量子门是大规模量子计算所必需的,而大规模量子计算自然可以以抗噪声的方式实现。几何操作和无消相干子空间编码是实现量子计算鲁棒性的有效途径。在这里,通过结合这两种策略的优点,我们提出并实验实现了基于非绝热和非阿贝尔几何相位的单圈方案和复合方案的普适完整量子门,在无退相干子空间中使用核磁共振。我们的实验只使用两体共振自旋相互作用,因此是实验友好。特别是,我们还通过实验验证了复合方案比单回路方案对脉冲误差更鲁棒。因此,我们的实验提供了一个有前途的方法,忠实和强大的几何量子操纵。
2019-08-18 quant-ph
Kerr-effect-based quantum logical gates in decoherence-free subspace
针对消相干效应影响量子逻辑门高效实现的问题,提出在无消相干子空间中利用交叉克尔非线性构建CNOT、Toffoli、Fredkin量子控制门的方案,无需复杂电路与辅助光子,成功概率近1且抗光子损耗,具备实用可行性。
2024-05-09 quant-ph
Randomized Benchmarking with Stabilizer Verification and Gate Synthesis
最近,出现了噪声中间尺度量子(NISQ)设备的有用应用,特别是在量子机器学习和变分量子算法领域。在这样的应用中,各种深度的电路和组成的不同的门组上运行NISQ设备。因此,至关重要的是找到实用的方法来捕捉这些设备上的电路的一般性能。出于这种迫切的需要,我们修改了标准的克利福德随机基准测试(RB)和交错RB计划针对他们的硬件限制。首先,我们删除的要求,并假设,逆算子,在克利福德RB纳入技术从量子验证。这引入了另一个评估NISQ硬件质量的品质因数,即量子验证的接受概率。许多量子算法,提供了一个优势,超过经典算法,要求使用克利福德以及非克利福德门。因此,作为我们的第二个贡献,我们开发了一种技术,用于表征各种非克利福德门,通过门合成与交错RB相结合的工具。我们的技术是最相关的RB计划,基准发电机(或本地门)的Clifford组,并在低误差制度结合使用时。
2021-02-25 quant-ph
Cavity QED implementation of non-adiabatic holonomies for universal quantum gates in decoherence-free subspaces with nitrogen-vacancy centers
提出了一种在无消相干子空间中实现非绝热完整量子计算的腔QED方案,其中氮空位中心与微球腔的回音壁模共耦合,在微球腔中的量子比特上可以实现一组通用的量子门.在我们的实现中,在适当的驱动场的辅助下,量子演化对仅虚激发的腔场态不敏感。利用氮空位中心的Λ型三能级构型中的光学跃迁,所实现的非绝热完整性可以用于在编码的逻辑量子比特上构造通用的量子门集合。因此,我们的方案开辟了在具有长相干时间的固态自旋上实现具有腔辅助相互作用的普适完整量子计算的可能性。
2015-05-20 quant-ph
Experimental state control by fast non-Abelian holonomic gates with a superconducting qutrit
量子态操作与门的基础上获得的几何相位在循环操作承诺固有的容错性和弹性的控制参数的局部波动。在这里,我们创建了一个一般的非阿贝尔和非绝热完整门的$(\ket{0},\ket{2})$子空间中的三能级transmon制造在一个完全共面的设计。在实验上,这是通过同时耦合的前两个过渡的微波脉冲的幅度和相位定义,使得平行运输的条件得到满足。我们证明了在这个子空间中的任意叠加的创建通过改变脉冲的振幅和它们之间的相对相位。我们利用作用在完整子空间中的双光子脉冲,揭示了几何门脉冲所产生的态的相干性,并制备了不同的叠加态。我们还测试了完整的非和Hadamard门的作用叠加在$(\ket{0},\ket{2})$子空间。
2018-04-05 quant-ph
Quantum subspace verification for error correction codes
Center for Quantum Information, Institute for Interdisciplinary Information Sciences, Tsinghua University(清华大学交叉信息研究院量子信息中心);Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago(芝加哥大学普里茨克分子工程学院);Department of Computer Science, University of Hong Kong(香港大学计算机科学系);Key Laboratory for Information Science of Electromagnetic Waves (Ministry of Education), Fudan University(复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室)
本研究提出量子子空间验证框架,利用纠错码子空间先验知识降低测量开销,设计了适用于稳定子码、QLDPC码的局域测量验证算子,还构建了指数级降低样本复杂度的魔法逻辑态保真度验证协议,助力容错量子计算实现。
2024-10-16 quant-ph
Quantum Computing Using Dissipation to Remain in a Decoherence-Free Subspace
我们提出了一种新的方法来实现量子门,在门操作过程中的退相干大大减少。这是通过利用环境诱导的量子芝诺效应,有效地限制了退相干自由子空间的动力学。
2000-07-04 quant-ph
Perturbative gadgets for gate-based quantum computing: Non-recursive constructions without subspace restrictions
本文提出了一种通用的非递归、非绝热且无子空间限制的微扰gadget构造方法,将任意多体Hamiltonian编码到三体Hamiltonian的低能子空间中,适用于门基量子计算,并提供了可定制的gadget构造方案。
2024-08-27 quant-ph
Quantum computation in decoherence-free subspace with superconducting devices
我们提出了一个在无消相干子空间中利用超导器件通过非常规几何操作实现量子计算的方案。利用腔辅助相互作用可以在编码量子比特中实现通用的单量子比特门。一个基于测量的双量子比特受控非门是由辅助超导设备辅助奇偶测量产生的,然后是规定的单量子比特门。对两个并联器件的电流测量可以实现投影测量,相当于对所涉及器件的奇偶测量。
2009-09-08 quant-ph
Sample-efficient verification of continuously-parameterized quantum gates for small quantum processors
针对近期小型量子处理器连续参数化原生门的验证需求,提出一种基于随机门序列与近似逆编译的样本高效验证方法,其保真度估计方差低于交叉熵基准测试,并在离子阱和超导量子处理器上通过实验和数值验证了样本效率优势。
2023-05-08 quant-ph
Subspace benchmarking high-fidelity entangling operations with trapped ions
我们提出了一个新的和简化的两个量子比特的随机基准测试程序,只在一对量子比特的对称子空间中运行,非常适合于基准测试捕获离子系统。通过只在对称子空间中进行基准测试,我们大大降低了实验的复杂性,所需的门数和运行时间。该协议被证明对捕获的离子使用集体单量子比特旋转和Molmer-Sorenson(MS)相互作用估计的纠缠门误差$2(1) \times 10^{-3}$。我们分析了MS门中的期望误差,发现布居主要保持在对称子空间中。混合对称和反对称子空间的错误出现泄漏,我们将我们的协议与最近提出的泄漏基准测试相结合,来表征它们。协议的推广和局限性进行了讨论。
2020-03-17 quant-ph
Subspace Leakage Error Randomized Benchmarking of Mølmer-Sørensen Gates
本文提出一种适配两量子比特Mølmer-Sørensen门的随机基准测试新方法,利用可控门相位生成Clifford操作,无需单比特操作即可量化门误差并区分子空间泄漏,在捕获离子量子计算机上实现$2.6\ imes10^{-4}$的门误差。
2025-10-10 physics.atom-ph quant-ph
Quantum gate lower bounds for loss-tolerant position verification
Institute for Quantum Computing(量子计算研究所);Perimeter Institute for Theoretical Physics(理论物理珀蒂默研究所);Sorbonne Université, CNRS, LIP6(索邦大学,法国国家科学研究中心,LIP6)
针对抗损耗的$f$-BB84量子位置验证方案,证明攻击者需满足近线性量子门下界,确立了该方案在有界量子门假设下的安全性,核心为损耗BB84纠缠游戏的紧解析权衡。
2026-08-18 quant-ph
Character randomized benchmarking for non-multiplicity-free groups with applications to subspace, leakage, and matchgate randomized benchmarking
随机基准测试(RB)是确定实验量子门错误率的一种有效方法。然而,传统的RB仅限于形成酉2-设计的门集,例如Clifford群。最近引入的字符RB可以基准更一般的门使用技术从表示论;然而,到目前为止,这种方法只适用于“无多重性”的群体,这些群体的数学限制。本文将原特征标RB导子推广到非重数自由群的显式处理,并得到了一些应用。首先,我们推导出最近引入的子空间RB的严格版本,该子空间RB旨在表征一组在SWAP下对称的一个和两个量子比特门。其次,我们开发了一个新的泄漏RB协议,适用于更一般的门组。最后,我们推导出一个可扩展的RB协议的matchgate组,一组,如Clifford组是非普遍的,但成为普遍的,增加了一个额外的门。该示例提供了可扩展的非Clifford RB协议的少数示例之一。在所有这三种情况下,与现有的理论相比,我们的方法需要类似的资源,但要么提供了一个更准确的估计门保真度,或适用于更一般的门组。最后,我们讨论的潜力,和挑战,使用非多重性自由字符RB开发新的类的可扩展RB协议和方法的特征特定的门。
2021-02-01 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
Physical implementation of holonomic quantum computation in decoherence-free subspaces with trapped ions
提出了一种在无退相干子空间中实现完整量子计算的可行方案。通过在指定离子上施加适当的双色激光场,我们能够利用编码DFS中的完整性方案构造两个不可交换的单量子比特门和一个受控相位门。
2006-08-08 quant-ph
Transfer and teleportation of quantum states encoded in decoherence-free subspace
基于单光子脉冲与腔场的辅助相互作用,提出了在无消相干子空间中,量子网络中空间分离的节点之间的量子态转移和隐形传态,量子比特被编码在腔中原子的内部态中.我们详细介绍了一个逻辑量子位Hadamard门和一个双逻辑量子位条件门的实现,并讨论了我们方案的实验可行性。
2007-11-02 quant-ph
Scalable solid-state quantum computation in decoherence-free subspaces with trapped ions
我们提出了一个无退相干子空间(DFS)方案来实现囚禁离子的可扩展量子计算。利用自旋相关的库仑相互作用,非常规的几何量子门的通用集合被实现在编码子空间中,这些子空间通过集体退相而免受退相干。该方案的离子阵列系统的可扩展性证明,无论是通过绝热的方式打开和关闭的相互作用,或通过一个快速的门计划与全面的DFS编码和噪声去耦技术。
2006-03-24 quant-ph
A Specification Format and a Verification Method of Fault-Tolerant Quantum Circuits
量子计算一般表示为量子线路,其由有序的量子门列表指定。在优化和执行所表达的计算过程中使用所得到的规范。然而,规范格式使得很难验证优化或执行的计算仍然符合初始的门列表规范:在最坏的情况下,显示由不同的量子门列表表示的两个量子线路之间的计算等价性是指数复杂的。为了解决这个问题,这项工作提出了专门为容错量子线路定制的规格格式的推导。电路被认为是完全由单量子位初始化,CNOT门和单量子位测量(ICM形式)组成的形式。在某些假设下,这种格式允许有效地验证优化的(或实现的)计算。提出了两种基于检查稳定器电路结构的验证方法。
2018-07-08 quant-ph
Universal quantum computation with electronic qubits in decoherence-free subspace
我们研究了如何利用偏振分束器、电荷探测器和单自旋转动来实现无退相干子空间中自由电子的确定性普适量子计算。在我们的例子中,量子信息被编码在构成无消相干子空间的电子对的自旋自由度中。我们设计了两个不可交换的单逻辑量子比特门和一个逻辑控制的相位门的构建模块,基于此,一个通用的和可扩展的量子信息处理鲁棒的退相是以确定性的方式。
2007-10-22 quant-ph
Single-atom verification of the noise-resilient and fast characteristics of universal nonadiabatic noncyclic geometric quantum gates
几何相位诱导的量子门由于其演化路径的全局性而具有固有的抗噪声能力。与传统的非绝热几何量子计算(NGQC)相比,最近提出的非绝热非循环几何量子计算(NNGQC)在保持几何运算鲁棒性的同时,具有更快的计算速度.在这里,我们实验性地在单个捕获的超冷$^{40}$ Ca $^{+}$离子中实现NNGQC,以验证噪声弹性和快速特征。通过在非理想条件下执行幺正操作,我们见证了NNGQC的优势与测量的量子过程层析成像相比,其他两个量子门由传统的NGQC和直接的动力学演化的结晶度。我们的结果提供了第一个证据,证实了即使在不完美的情况下,也有可能在有限的系统误差下加速量子信息处理。
2021-06-18 quant-ph
Efficient Verification of Stabilizer Code Subspaces with Local Measurements
本文建立稳定子码子空间验证框架,提出基于生成元、稳定子群、图码着色及 CSS 码 XZ 的局部 Pauli 测量策略,以更少设置和状态副本实现非自适应、混合态兼容的高效认证。
2024-12-07 math-ph math.MP quant-ph
Linear gate bounds against natural functions for position-verification
Institute for Quantum Computing, University of Waterloo(滑铁卢大学量子计算研究所);Perimeter Institute for Theoretical Physics(理论物理前沿研究所)
研究量子位置验证方案,针对$f$-路由和$f$-BB84方案,证明实现函数$f$所需的量子门及单比特测量数量由其在特定模型中的通信复杂度线性下界,以内积函数为例得到$\Omega(n)$下界,该方案对特定资源证明者可行且安全。
2026-08-06 quant-ph
Noisy intermediate-scale quantum computation with a complete graph of superconducting qubits: Beyond the single-excitation subspace
目前有一个巨大的兴趣,在开发实际应用的NISQ处理器没有所需的全面纠错的开销。量子信息处理在门模型中尤其具有挑战性,因为随着问题大小和电路深度的增长,算法很快就会失去保真度。这导致了一些非门模型的方法,如模拟量子模拟和量子退火。这些方法具有特定的硬件要求,通常不同于基于通用门的量子计算机。我们之前已经提出了一种称为单激发子空间(SES)方法的非门模型方法,该方法需要超导量子位的完整图。与任何缺乏纠错的方法一样,SES方法不可扩展,但它通常会导致具有恒定深度的算法,使其在各种应用中优于门模型。SES方法的一个挑战是,它需要计算机希尔伯特空间中的每个基态都有一个物理量子位。这对使用辅助量子位寄存器的算法施加了巨大的资源成本,因为每个辅助量子位将使所需的图形大小加倍。在这里,我们将展示如何绕过这个加倍离开SES和重新引入一个张量积结构的计算子空间。具体地说,我们实现了SES寄存器的张量积,该寄存器保存“数据”和一个或多个辅助量子位。这实现了量子计算的混合形式,其中对数据执行快速SES操作,对辅助器件执行传统逻辑门和测量,并且受控幺正在其间起作用。作为一个应用程序,我们给出了一个SES实现的量子线性系统求解器的哈罗,Hassidim和劳埃德。
2020-02-01 quant-ph
A Multi-Qubit Quantum Gate Using the Zeno Effect
本文利用量子 Zeno 效应,将仅有单量子比特控制的非相互作用系统转化为多量子比特纠缠门(Zeno 门),推导了非理想条件下的门保真度闭式表达式,并证明其在电路和腔 QED 系统中可实现。
2023-08-31 quant-ph
Deterministic generation of photonic entangled states using decoherence-free subspaces
该研究提出利用半波导中三个发射器的集体态资源,通过无消相干子空间内的量子门操作与亮态耦合的光子发射,确定性生成光子纠缠态,为量子信息技术提供基础支撑。
2025-08-24 quant-ph
Efficient multi-qubit subspace rotations via topological quantum walks
将子空间旋转选定的角度是基本的量子计算操作,其应用于纠错和量子算法,例如量子近似优化算法、变分量子本征求解器和量子奇异值变换。这种旋转通常通过多个受控相位门在硬件级别实现,当分解为一个和两个量子位门时,这会导致大的电路深度。在这里,我们提出了一种快速,高保真的方式来实现这样的操作,通过拓扑量子行走,其中一个序列的单量子位$z$旋转的辅助量子位与系统哈密顿的演变,其中矩阵$A$嵌入交错。由具有非零奇异值的$A$的左奇异向量或右奇异向量所张成的子空间根据附属物的状态而旋转。这个过程可以在超导量子比特、离子阱和具有星型连接的里德伯原子中实现,与以前的提议相比,显著减少了所需的总门时间。
2022-03-03 quant-ph
Geometric quantum computation using fictitious spin- 1/2 subspaces of strongly dipolar coupled nuclear spins
几何相位已被用于NMR中,以实现用于量子信息处理的受控相移门,仅在弱耦合系统中,其中各个自旋可以被识别为量子比特。在这项工作中,我们实现了强耦合系统中的控制相移门,通过使用非绝热几何相位,通过发展虚构的自旋1/2子空间的磁化,在封闭的循环布洛赫球。通过自旋回波脉冲序列和通过设置跃迁选择脉冲的延迟来重新聚焦在子空间的演化期间累积的动力学相位,使得在均质耦合下的演化产生完整的$2π$旋转。本文用单跃迁算符对核磁共振中的非绝热几何相位作了详细的理论解释。在液晶介质中定向分子得到的各种强偶极耦合系统中实现了受控相移门、双量子比特Deutsch-Jozsa算法和量子比特-量子比特系统中的奇偶校验算法。
2006-07-02 quant-ph
Process verification of two-qubit quantum gates by randomized benchmarking
我们实现了一个完整的随机基准协议上的两个超导量子比特的系统。该协议由Clifford群中的门随机化组成,这些门是通过改进的双量子位交叉共振门实现和单量子位幺正实验产生的。由此,我们提取出Clifford的最佳平均误差为0.0936。我们还进行了一个交错实验,交替我们的最佳两个量子比特门与随机两个量子比特克利福德门,以获得0.0653的两个量子比特门误差。我们将这些值与从量子过程层析成像获得的~0.12的两量子比特门误差进行比较,这可能受到状态准备和测量误差的限制。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectator Leakage Suppression via Invariant Subspace Engineering for CZ Gates in Superconducting Quantum Circuits
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);CAS Center For Excellence in Quantum Information and Quantum Physics(中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越创新中心);Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China(中国科学技术大学苏州高等研究院);Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center(合肥综合性国家科学中心人工智能研究院)
该研究针对超导量子电路CZ门的spectator泄漏问题,提出基于可调耦合器的动态哈密顿量工程方法,实验将泄漏率抑制至10^-4量级,解决了频率排布与门保真度的权衡,为容错量子计算提供核心技术。
2026-08-18 quant-ph
Universal Quantum Computation in a Neutral Atom Decoherence Free Subspace
在本文中,我们提出了一种方法,以实现受保护的通用计算中性原子量子计算机集体退相。我们的建议依赖于一个消相干自由子空间(DFS)的存在,导致从对称性的错误。在简要描述了物理系统和所考虑的错误模型之后,我们展示了如何将信息编码到DFS中并构建一套完整的安全通用门。最后,我们提供了数值模拟的保真度的不同的门存在的时间相关的相位误差,并讨论其性能和实际可行性。
2006-11-24 quant-ph
Gauge-invariant Adiabatic Two-Qubit Gates for Exchange-Only Qubits
我们通过适应单个自旋在准备时不被假设为极化的设置,扩展了最近关于仅交换自旋量子位的泄漏保护绝热纠缠门的工作[Doherty和Wardrop,PRL 111,050503(2013)]。当“规范自旋”未初始化时,以前的门结构不能正确工作,因为纠缠门在不同的规范子空间中具有不同的、非平凡的作用。我们的建设继承了许多可取的功能,以前的工作,同时解决规范依赖的行为。使用数值模拟,我们表明,由此产生的门实现了相同的逻辑操作,在两个规范子空间中的一阶微扰理论,和二阶项引入的错误,减少二次门的持续时间。我们添加$1/f$电荷噪声的电压调制交换在这个模型中,它引入了错误,随着门时间的增加,显示有一个最佳的门持续时间为一组给定的器件参数。
2017-12-15 quant-ph
Fold-Transversal Clifford Gates for Quantum Codes
该研究将折叠概念从表面码推广到CSS码,提出仅用横向门和量子比特置换实现LDPC量子码逻辑操作的通用方法,并在Bring's code上验证,限制其4比特逻辑子空间可得到完整Clifford群。
2024-06-10 quant-ph
Many-qubit network employing cavity QED in a decoherence-free subspace
通过在无消相干子空间中对量子比特进行编码,提出了一种基于腔QED的多量子比特网络,并在此基础上利用单光子脉冲与腔辅助相互作用实现了多逻辑量子比特条件门。该方案不仅能抵抗集体失相错误,而且与传统方法相比,大大减少了实现步骤,并且可以完成任意两个节点之间的通信。我们通过实现一个三逻辑量子比特Toffoli门来展示细节,并基于目前可实现的腔QED技术探索实验可行性和挑战。
2008-07-10 quant-ph
LX-mixers for QAOA: Optimal mixers restricted to subspaces and the stabilizer formalism
提出一种结合稳定子形式的新颖方法,构建保留给定子空间的资源高效混合器,推广X/XY混合器、松弛Grover混合器,LX-QAOA显著减少CX门数量,为QAOA在约束优化场景及量子算法发展提供新视角。
2024-12-03 quant-ph
Universal holonomic quantum gates in decoherence-free subspace on superconducting circuits
为了实现一组基于非阿贝尔几何相位的通用量子逻辑门,传统的观点是需要超过两个能级的量子系统,这对于超导量子比特来说是非常困难的,这似乎是为什么在最近的实验中只实现单量子比特门的主要原因[A. A. Abdumalikov Jr \emph{et al} .,Nature 496,482(2013)]。本文提出在无消相干子空间中利用电路QED实现非绝热完整量子计算,其中只需要传输子比特中的两个能级,一个通常的相互作用,以及一个最小的无消相干子空间编码资源.特别是,我们的方案不仅克服了以往研究中遇到的困难,而且仍然可以获得相当大的有效耦合强度,从而可以实现高保真度的量子门。因此,本方案为利用超导电路实现鲁棒完整量子计算提供了一条很有前途的途径。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Leakage Benchmarking for Universal Gate Sets
针对量子计算中泄漏误差难检测纠正的问题,提出LRB及iLRB基准测试框架,可更准确高效地测量多量子比特系统与通用门的泄漏率,数值实验验证了其可行性。
2024-04-18 quant-ph
Cluster-based architecture for fault-tolerant quantum computation
我们提出了一个容错量子计算的体系结构,这是基于编码量子比特的集群模型的详细描述。在这种基于集群的体系结构中,级联计算以与通常的基于电路的体系结构完全不同的方式实现,其中物理门被具有纠错小工具的逻辑门递归地取代。相反,一些相关的集群状态,说基本的集群,递归地构建通过验证和后选择提前为更高级别的单向计算,即提供错误预校正门操作。采用合适的码如Steane七量子比特码进行横向运算。这种级联构造的验证基本簇具有简单的逻辑错误横向结构,并通过使用适当的验证程序实现了~ 3%的高噪声阈值用于计算。由于后选择是本地化的每个基本集群的帮助下,确定性裸控制Z门没有验证,发散的资源受到限制,这调和后选择与可扩展性。
2009-12-28 quant-ph
Shortcuts to adiabatic holonomic quantum computation in decoherence-free subspace with transitionless quantum driving algorithm
利用无跃迁量子驱动算法(TQDA),我们提出了一种快速实现完整量子计算(HQC)的有效方案。它工作在无消相干子空间(DFS)中,可以在尽可能短的时间内加速绝热过程。更有趣的是,我们给出了一个物理实现我们的快捷方式HQC与氮空位中心的钻石分散耦合到一个回音壁模式微球腔。通过适当地控制外部激光脉冲的频率,可以有效地实现。此外,我们的计划具有良好的可扩展性与更多的量子比特。与以往工作不同的是,我们首先利用TQDA在DFS中实现了一个通用的HQC,不仅包括两个非对易的加速单量子比特完整门,而且包括一个加速的双量子比特完整控制相位门,这为通用量子计算所需的完整门集提供了必要的捷径。此外,我们的实验上可实现的捷径只需要两体相互作用,而不是四体相互作用,它们工作在色散制度,这大大放松了它们的物理实现在实验中的困难。我们的数值计算表明,目前的方案是强大的退相干与当前的实验参数。
2016-02-01 quant-ph
A decoherence-free subspace in a charge quadrupole qubit
量子计算有望显著提高某些类型计算问题的速度。然而,半导体量子位的稳健实现必须克服电荷噪声的影响,目前这种影响限制了门操作期间的相干性。在这里,我们描述了一个计划,保护固态量子比特从均匀电场波动的概念推广的消相干自由子空间的自旋,我们提出了一个具体的物理实现:四极电荷量子比特形成在一个三重量子点。四极量子位的独特设计使得能够实现特别简单的脉冲序列,用于抑制栅极操作期间的噪声影响。根据环境噪声的大小,模拟产生的门量子比传统的电荷量子比特好10- 1000倍。我们的研究结果表明,任何采用库仑相互作用的量子位方案(例如,编码自旋量子位或双量子位门)都可以从这样的四极设计中受益。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal Control for Generating Quantum Gates in Open Dissipative Systems
设计了实现具有最小弛豫损耗的量子模块的最优控制方法,以在弛豫下给出酉门的最佳近似。利用松弛参数对时间最优控制的最优控制的潜在增益进行了探索,并在数值和代数方面举例说明:这是选择的方法来管理量子系统的子空间内的弱松弛时,漂移哈密顿量将否则驱动系统通过快速衰减模式。在一个标准模型系统中,将无消相干子空间推广到更现实的场景,openGRAPE衍生的控件实现了具有超过95%的重复性的CNOT,而不是标准Trotter扩展的最多15%。作为额外的好处,它需要的控制领域的数量级低于在后者的bang-bang振荡。
2009-05-17 quant-ph
Holonomic quantum computation in decoherence-free subspaces
我们展示了如何实现,通过非阿贝尔量子完整,一组通用的量子门作用于消相干的子空间和子系统。以这种方式,我们汇集了量子相干性稳定的优点消相干自由子空间和容错的全几何完整控制。我们讨论的背景下,使用捕获的离子和量子点的量子信息处理这个方案的实施。
2005-08-10 quant-ph
Realization of Universal Ion Trap Quantum Computation with Decoherence Free Qubits
量子计算机与环境的任何残余耦合都会导致计算错误。将量子信息编码在所谓的无消相干子空间中提供了避免这些错误的手段。尽管在采用这种技术以数量级扩展存储器存储时间方面取得了巨大进展,但在这样的子空间内的计算一直很少。在这里,我们展示了实现一个通用的量子门的一组作用于消相干的离子量子比特。我们将这些门结合起来,在无退相干的可扩展量子计算机中实现了第一个受控非门。
2009-09-21 quant-ph
Quantum encoder for fixed Hamming-weight subspaces
提出一种将数据向量精确编码至固定汉明权重子空间的量子编码器,利用最优RBS门和CNOT门实现多项式空间压缩,并在离子阱量子计算机上验证其有效性与应用潜力。
2025-03-05 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
Universal quantum gates based on both geometric and dynamic phases in quantum dots
提出了一种大规模量子计算机模型,其量子比特由半导体量子点上的基态和单激子态对着的子空间表示。该系统中的量子门可以通过动态演化和非绝热几何相位的混合方法来实现。
2003-04-28 quant-ph
Barenco gate implementation using driven two- and three-qubit spin chains
Universidade do Estado de Santa Catarina(圣卡塔琳娜州立大学)
利用驱动的二量子和三量子自旋链实现Barenco门,通过分析方法构建有效哈密顿量并验证高保真度。
2026-03-02 quant-ph
Speed limits of two-qubit gates with qudits
本研究拓展计算空间至量子比特子空间外,推导了两量子多体实现两量子比特门的速度极限理论边界,提出实验可行的超导transmon方案及机器学习辅助的最优控制算法,为门提速开辟新途径。
2023-12-14 quant-ph