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
A complete Randomized Benchmarking Protocol accounting for Leakage Errors
随机基准测试允许有效地和可扩展地表征酉2-设计的平均误差，例如量子计算的物理候选上的Clifford群$\mathcal{C}$，只要系统中没有非计算泄漏水平。我们研究了泄漏误差对每个物理量子位的额外水平引起的随机基准测试的影响，并提供了一个修改后的协议，该协议允许在存在泄漏误差的情况下获得每个门的误差的可靠估计。我们评估的序列保真度的方差对应于有效的保真度估计所需的随机序列的数量。我们的协议允许门相关的错误通道，而不限于扰动。我们表明，我们的协议是兼容的交错随机基准和扩展到基准的任意门。该设置与超导transmon量子位以及其他系统相关。
2015-07-09 quant-ph
Spin-qubit noise spectroscopy from randomized benchmarking by supervised learning
我们展示了一种方法来获得频谱的$1/f$噪声自旋量子比特设备随机基准，辅助监督学习。噪声指数表示噪声内的相关性，通过训练双层神经网络来确定，该双层神经网络具有校正噪声和不校正噪声的脉冲序列的随机基准测试结果之间的比率。训练完成后，神经网络能够预测指数的绝对误差约为0.05，与现有的方法。然后通过训练另一个神经网络来评估噪声幅度，该神经网络具有来自未校正序列的随机基准测试结果的衰减保真度。在噪声指数已知的情况下，预测噪声幅值的相对误差可低至5%。我们的研究结果表明，神经网络是能够预测随机基准测试的噪声谱，这可以是一种替代方法来测量自旋量子比特设备中的噪声谱。
2019-03-28 quant-ph
Randomized benchmarking in measurement-based quantum computing
随机基准测试通常被用作表征小型量子器件中基本逻辑门组的性能的有效方法。在基于测量的量子计算模型中，逻辑门是通过对固定的通用资源状态进行单点测量来实现的。在这里，我们将单个量子位的随机基准测试协议调整为线性簇状态计算，这提供了与目标门集相关的噪声的部分但有效的表征。将随机基准测试应用于基于测量的量子计算，在基于测量的模型中与逻辑门相关的固有随机性与基准测试中使用的随机门序列之间表现出有趣的相互作用。我们考虑两种不同的方法：第一种使用标准的单量子位Clifford群，而第二种使用最近推出的（非Clifford）基于测量的2-设计，利用固有的随机性来实现门序列。
2016-09-01 quant-ph
Randomized Benchmarking with Confidence
随机基准测试是一种很有前途的工具，用于表征量子系统实验实现中的噪声。在本文中，我们证明了随机基准（标准和交错）任意马尔可夫噪声源的估计是非常精确的，由于采样随机门序列的方差是小的。我们讨论了如何选择实验参数，特别是随机序列的数量和长度，以严格的置信界来表征平均门误差。我们还表明，随机基准可以用来可靠地表征时间相关的马尔可夫噪声（例如，当噪声是由具有波动强度的磁场引起时）。此外，我们确定了一个必要的属性的时间依赖性噪声，违反了一些来源的非马尔可夫噪声，这提供了一个测试非马尔可夫性。
2015-12-17 quant-ph
Correlated Randomized Benchmarking
为了提高多量子比特算法在量子器件上的性能，关键是要有表征非局域量子误差（如串扰）的方法。为了解决这个问题，我们提出并测试了一个扩展的分析同时随机基准数据-相关随机基准。我们适合相关偏振的衰减到固定重量的去偏振映射的组合物来表征串扰误差的局部性和重量。从这些错误中，我们引入了一个串扰度量，它表示距离最近的地图，只有局部错误。我们用一个四量子比特的超导设备实验证明了这种技术，并利用相关RB来验证串扰减少时，我们实现了回波序列。
2020-03-04 quant-ph
Approximate Randomized Benchmarking for Finite Groups
我们调查随机基准在一般设置与量子门，形成一个代表性的，不一定是一个不可约的，一个有限的群体。我们得出一个估计的平均保真度，然后可以校准实验数据。此外，我们建立的随机基准可以实现的唯一实现的量子门，产生组以及一个额外的任意组元素。在这种情况下，我们需要假设噪声接近协变。这产生了一种更实用的随机基准测试方法。此外，我们表明，随机基准是稳定的近似Haar采样的序列的门。这开辟了使用马尔可夫链蒙特卡罗方法，以获得门的随机序列更有效的可能性。我们证明了这些结果数值上使用的Clifford群以及单项式酉矩阵组的研究的例子。对于后者，我们专注于非零项的子群组成的n次单位根，其中包含T门。
2018-08-14 quant-ph
Investigating the limits of randomized benchmarking protocols
在本文中，我们分析了各种现实的错误模型，包括系统旋转，振幅阻尼，泄漏到更高的水平，和1/f噪声下的门集的随机基准测试协议的性能。我们发现，在几乎所有的情况下，基准测试提供了优于平均错误率的两个因素的估计，这表明随机基准测试协议是一个有价值的工具，用于验证和验证量子操作。此外，我们推导出新的模型保真度衰减曲线下的某些类型的非马尔可夫噪声模型，如1/f和泄漏错误。我们还表明，提供的保真度测量的标准误差是小的，只有少量的试验是需要高置信度估计门误差。
2013-08-13 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
Partial randomized benchmarking
在量子逻辑门的随机基准测试中，部分旋转可以用于更简单的实现，更好的缩放，以及更高的准确性和可靠性。例如，对于双量子位门，单量子位旋转比完全平均更容易实现。我们分析了这种简化的部分旋转，并证明，与标准的随机基准测试不同，保真度的测量衰减是具有不同衰减率的指数的线性组合（对于两个量子比特和单比特旋转为3）。随序列长度的演化由迭代矩阵控制，迭代矩阵的谱给出衰减率。对于一般的两量子位门，一个最慢的指数占主导地位，并在三个通道的门错误的特点。它的衰减率接近，但不同于标准随机基准测试，我们找到了领先的校正。使用关系到两个量子比特门的局部不变量，我们确定了所有例外的门与几个缓慢的指数和分析的可能性，以提取它们的衰减率从测量曲线。
2022-06-21 quant-ph
Scalable randomized benchmarking of non-Clifford gates
随机基准测试是一种广泛使用的实验技术，用于表征量子操作的平均误差。缩放以能够表征$n$ -量子位电路的基准测试过程依赖于用于操纵这些电路的有效过程，并且因此已经限于Clifford群的子组。然而，通用量子计算机需要额外的非Clifford门来近似任意的幺正变换。我们定义了一个可扩展的随机基准测试程序在$n$ -量子比特酉矩阵，对应于一类稳定码的保护非Clifford门。我们提出了有效的方法来表示和组成组元素，采样均匀，并合成相应的$\mathrm{poly}(n)$大小的电路。该程序提供了实验访问两个独立的参数，共同表征一组元素的平均门保真度。
2015-10-09 quant-ph
Scalable randomized benchmarking of quantum computers using mirror circuits
量子门的性能通常使用某种形式的随机基准来评估。然而，现有的方法对于超过大约五个量子比特变得不可行。在这里，我们展示了如何使用一个简单的和可定制的电路类-随机镜像电路-执行可扩展的，强大的，灵活的Clifford门随机基准。我们表明，这种技术近似估计了平均多量子位逻辑层的保真度，并且我们使用了高达225个量子位的模拟，物理上真实的错误率在0.1-1%的范围内，以证明其可扩展性。然后，我们使用云量子计算平台的多达16个物理量子位来证明我们的技术可以揭示和量化多量子位电路中的串扰误差。
2022-10-10 quant-ph
Non-exponential Fidelity Decay in Randomized Benchmarking with Low-Frequency Noise
我们表明，非指数保真度衰减在随机基准测试实验的量子点量子比特是一致的数值模拟，包括低频噪声。通过扩展标准的随机基准测试分析，这个实验制度，我们发现，这种非指数衰减更好地模拟多个指数衰减率，导致瞬时控制保真度同位素纯化硅MOS量子点量子位，可以高达99.9%时，低频噪声条件和系统校准是有利的。量子位表征和验证方法的这些进展为硅作为容错量子计算的量子位平台提供了可观的前景。
2015-02-22 quant-ph
Randomized benchmarking for qudit Clifford gates
本文提出针对量子比特门的酉门随机基准测试（URB）方法，利用酉2设计，并证明其不同于多比特对称子空间的URB，通过伪代码便于应用。
2020-06-10 quant-ph
Lifting Multiplicity in Randomized Benchmarking
University of Idaho（爱达荷大学）；IonQ Inc.（IonQ公司）
本文提出提升随机基准测试方法，通过扩大群来消除多重性，无需拟合多指数衰减，稳健估计双量子门保真度，适用于捕获离子系统。
2026-10-05 quant-ph
Randomized Benchmarking Using Unitary t-Design for Average Fidelity Estimation of Practical Quantum Circuit
随机基准测试是一种有效的评估有噪声量子线路平均保真度的方法。然而，它对单一误差不敏感。在这里，我们提出了一种随机基准测试的方法，其中一个单一的t-设计，并通过它的单一误差估计可以转换为一组酉算子的伪随机性分析。当对n量子位d维系统进行酉t设计时，我们给出了随机基准测试序列数量的界。通过引入局部随机幺正算子，幺正t-设计的分解，该界比以前的多量子比特电路界更实用。我们还给出了一个严格的钻石范数之间的任意和均匀分布的酉算子集，形成一个ε-近似酉t-设计。它可以用来定量分析大规模量子线路中相应的平均保真度和误差。
2017-12-12 quant-ph
Robust randomized benchmarking of quantum processes
我们描述了一个简单的随机基准协议的量子信息处理器，并获得一系列的模型的可观察到的保真度衰减作为一个函数的扰动扩展的错误。我们能够证明，该协议提供了一个有效的和可靠的估计的平均错误率为一组操作（门）下的一般噪声模型，允许时间和门相关的错误。我们确定的条件下，这一估计仍然有效，并说明协议通过数值例子。
2010-09-19 quant-ph
On the robustness of the hybrid qubit computational gates through simulated randomized benchmarking protocols
构建量子处理器的主要挑战之一是表征环境噪声。噪声表征可以通过利用不同的技术来实现，例如随机化，其中将若干随机量子门序列应用于测试下的量子位以导出关于影响噪声的统计特性。一个可扩展的和强大的算法能够基准的全部克利福德门使用随机化技术被称为随机基准。在这项研究中，我们模拟了半导体全电三电子双量子点量子比特，即混合量子比特，在不同的误差模型，包括准静态高斯和更现实的1/f噪声模型下，输入控制的随机基准协议。特定量子计算门的平均误差通过在感兴趣的门之间包括Clifford门获得的交错随机基准来提取。它提供了一个估计的保真度以及理论界的平均误差的门在测试。
2020-11-03 quant-ph
Robust Extraction of Tomographic Information via Randomized Benchmarking
我们描述了如何随机基准可以用来重建任何保迹量子映射的酉部分，这反过来又足以充分表征任何酉演化，或更一般地说，任何酉保迹演化。这种方法继承了随机基准测试对准备、测量和门缺陷的鲁棒性，因此避免了由这些缺陷引起的系统误差。我们还扩展了这些技术，以有效地估计量子映射的平均保真度的克利福德群以外的酉映射。我们考虑的幺正对应于通常用作构建块的大型电路，以实现可扩展的，通用的和容错的量子计算。因此，我们可以有效地验证基于电路的通用量子计算机的所有子组件。此外，我们严格约束的时间和采样的随机基准程序的复杂性，证明所需的非线性估计问题可以有效地解决。
2016-04-11 quant-ph
A new class of efficient randomized benchmarking protocols
随机基准测试是用于估计一组量子门的平均保真度的技术。然而，对于一般的门限，很难从得到的数据中得出可靠的结论。在这里，我们提出了一个新的方法表示理论的基础上，几乎没有实验开销，并适用于广泛的一类基准测试问题。作为一个例子，我们将我们的方法应用到包括$T$门的门集，并分析了一个新的交织基准测试协议，该协议仅使用单量子比特Clifford门作为参考来提取2量子比特Clifford门的平均保真度。
2019-07-30 quant-ph
Characterizing Quantum Gates via Randomized Benchmarking
我们描述和扩展的可扩展的随机基准协议提出的物理。106，180504（2011），其提供了一种用于对量子门进行基准测试并估计噪声的门依赖性的方法。该协议允许噪声具有弱的时间依赖性和门依赖性，我们提供了一个充分条件，该协议的适用性方面的噪声的平均变化。我们讨论了如何考虑状态准备和测量误差，并提供了一个完整的证明协议的可扩展性。我们在特殊情况下建立了该协议提供的错误率和使用钻石范数距离测量的错误强度之间的连接。
2012-04-27 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
Quantum non-Markovian noise in randomized benchmarking of spin-boson models
本文研究多模玻色浴导致的量子非马尔可夫噪声对量子比特随机化基准测试的影响，发现衰减由指数变为近乎多项式，并提出数值方法支撑理论分析。
2025-02-20 quant-ph
Randomized benchmarking with gate-dependent noise
我们分析了任意门相关噪声的随机基准测试，并证明了门相关噪声的确切影响可以用一个随序列长度呈指数衰减的扰动项来描述。也就是说，在一般门相关噪声下的随机基准测试的确切行为以指数方式收敛到与先前针对门无关噪声的分析所预测的形式完全相同的真指数衰减。此外，我们表明，门相关噪声的衰减参数的操作意义基本上是不变的，也就是说，我们表明，它量化的平均保真度的理想门之间的噪声。我们数值证明，我们的分析是有效的强门相关的噪声模型。我们还表明，为什么替代分析不提供严格的理由，经验的成功随机基准与门依赖噪声。
2018-01-25 quant-ph
Randomized Benchmarking with Leakage Errors
针对量子计算中普遍存在但常被忽略的泄漏误差导致随机基准测试高估保真度的问题，提出多种适用不同误差区间的估计方法，并在双量子比特及Quantinuum数据上验证。
2025-07-25 quant-ph
Real Randomized Benchmarking
随机基准测试提供了一种用于获得物理量子信道的平均错误率的精确定量估计的工具。在这里，我们定义了真正的随机基准，这使得一个单独的确定的平均错误率的真实和复杂的部分的通道。这提供了关于平均错误率的更细粒度的信息，其成本与标准协议大致相同。该协议只需要在实Clifford群（全复Clifford群的子群）上求平均，并利用它形成正交2-设计的事实。因此，它允许对横向不包含完整克利福德群的编码的容错门进行基准测试。此外，我们的结果是特别有用的，当考虑量子计算的rebit（或实数编码的复杂计算），在这种情况下，真正的克利福德组现在扮演的角色时，研究稳定器电路的复杂克利福德组。
2018-08-15 quant-ph
Characterizing errors on qubit operations via iterative randomized benchmarking
通过改进的门校准减少幺正误差，我们在电路量子电动力学系统中使用超导量子比特实现了99.95%的基准单量子比特门保真度。我们提出了一种方法来区分酉和非酉错误的量子门的目标门内的随机基准序列交错重复。基准保真度衰减二次方与单位误差的交错门的数量，但线性的非单位，使我们能够分离系统相干误差的消相干效应。有了这个协议，我们表明，门的保真度是不受单一的错误，但由另一个驱动激活源的退相干，如幅度波动。
2015-04-24 quant-ph
Demonstration of Robust Quantum Gate Tomography via Randomized Benchmarking
典型的量子门层析成像协议与自一致性问题作斗争：在没有初始状态和最终测量的知识的情况下不能重建门操作，但是在没有良好表征的门的情况下不能获得这样的知识。最近提出的技术，被称为随机基准断层扫描（RBT），回避这个自我一致性问题，设计实验是不敏感的准备和测量的缺陷。我们在超导量子比特系统中实现了这一提议，使用了一些实验改进，包括在单个“原子”脉冲和自定义控制硬件中实现Clifford组的每个元素，以实现大开销协议。我们展示了几个单量子位量子门的稳健重构，包括Clifford群外的幺正。我们证明，RBT产生的物理门重建是一致的随机基准获得的qualities。
2015-05-25 quant-ph
Randomized Benchmarking of Clifford Operators
随机基准测试是一种旨在证明量子系统控制的实验程序。该过程提取由一组控制操作引入的平均误差。当目标操作集是Clifford算子集时，随机基准测试算法特别容易执行，其结果对量子计算有重要的解释。基准测试的目的是提供一个简单、有用的参数，描述量子控制的质量，实验可以在任何未来的量子计算机上以标准的方式进行。该参数可用于公平比较不同的实验或标记单个实验中的改进。在这篇论文中，我首先讨论了原来的随机基准程序和Clifford运营商的重要性，其实施。我开发了结果的统计分析和最简单的分析所需的物理假设。原来的程序并没有以明显的方式扩展到多个量子位的基准测试，所以我介绍了一个标准化的程序，用于随机基准测试，适用于任何数量的量子位。这一新程序还可以对单个控制操作进行基准测试。我描述了我帮助设计的两个随机基准测试实验：一个涉及单个量子位，并使用了原始程序的变体，第二个涉及两个量子位，并演示了新程序。最后，我总结了几个潜在的扩展，原来的和新的程序，使他们减少实验开销，描述编码操作的能力，实验之间的比较更公平。
2018-11-25 quant-ph
Randomized benchmarking for individual quantum gates
任何技术都需要对其组件进行精确的基准测试，量子技术也不例外。随机基准测试允许来自Clifford组的量子门的平均门保真度的相对资源经济的估计，假设所有门的噪声水平相同，利用随机选择的Clifford门的合适序列。在这项工作中，我们报告了随机基准测试的重大进展，表明它可以为克利福德组以外的单个量子门，即使是不同的噪声水平，每个量子门。这是可能的，量子资源的开销很小，但以显著的经典计算成本为代价。在我们的分析的核心是一个代表性的理论框架，我们在这里开发的是接触到经典的估计技术的基础上自举和矩阵铅笔。我们展示了该计划的运作在T-门的基准张量权力的手。除了它的实际意义，我们希望这一见解是相关的，因为它突出了在高精度表征量子门时对未知噪声过程的假设的作用。
2018-12-04 quant-ph
Coherent randomized benchmarking
随机基准测试是一种有效评估量子门、电路和器件性能和可靠性的有力技术。在这里，我们建议以连贯的方式执行随机基准测试，其中使用不同随机序列而不是独立样本的叠加。我们表明，这导致了一个统一的和简单的协议，具有显着的优势，相对于门，可以进行基准测试，并在效率和可扩展性。我们表明，例如通用门集，一套$n-$ qudit泡利运营商或更一般的集合，包括任意酉，以及一个特定的$n-$ qudit Clifford门只使用泡利集，可以有效地基准。付出的代价是增加对所涉及的量子操作的控制的额外复杂性。然而，我们证明，这可以通过使用辅助自由度，基本上在任何物理实现中自然可用，并且独立于要测试的门来完成。
2021-03-28 quant-ph
Randomized Benchmarking, Correlated Noise, and Ising Models
我们计算预期的随机基准序列保真度的系统受到高斯时间相关噪声。对于单量子位基准测试，我们表明，预期的序列保真度是由一个远程耦合自旋一伊辛模型的配分函数，与每个网站在伊辛模型对应的自由演化区间。对于d-状态系统，期望的序列保真度由Ising类模型配分函数给出，其位置变量由SU（d）的伴随表示的权重给出。在单量子比特情况下，配分函数的高效温度展开显示了序列保真度的衰减，从非相关噪声的指数变化到准静态噪声的幂律。拟合指数相关噪声下的序列保真度衰减给出了不可靠的估计平均门错误率。
2017-03-28 quant-ph
Multi-qubit Randomized Benchmarking Using Few Samples
随机基准测试（RB）是表征量子线路中门误差的一种有效且鲁棒的方法。对门的随机序列求平均导致根据平均保真度估计门误差。这些估计是孤立的状态准备和测量误差，困扰其他方法，如信道层析成像和直接保真度估计。随机基准测试可行性的一个决定性因素是获得严格置信区间所需的采样序列的数量。以前的界限要么过于宽松，要么需要采样序列的数量与量子比特的数量呈指数级关系，以便在固定的错误率下获得固定的置信区间。在这里，我们表明，一个小的适应随机基准程序，所需的固定置信区间的采样序列的数量显着小于以前可以证明。特别是，我们表明，所需的采样序列的数量基本上是独立的量子比特的数量和规模有利的平均错误率的系统正在调查。我们还表明，长序列长度所需的样本数量可以大大小于以前的严格结果（即使是单量子位），只要调查中的噪声过程是不是单一的。我们的研究结果将具有许多量子位的系统的严格随机基准测试带入实验可行性领域。
2019-08-19 quant-ph
Randomized Benchmarking as Convolution: Fourier Analysis of Gate Dependent Errors
我们表明，随机基准（RB）协议是一个卷积服从傅立叶空间分析。通过采用Gowers和Hatami [Sbornik：Mathematics 208，1784（2017）]最近工作中建立的群上矩阵值函数的傅立叶变换的数学框架，我们提供了Wallman [Quantum 2，47（2018）]和Proctor [Phys. Rev. Lett. 119，130502（2017）]门相关噪声对随机基准测试的影响界限。我们明确地表明，只要我们的故障门集接近Clifford群的目标表示，RB序列是由一个过程，正好有两个特征值接近1和其余接近零的指数衰减。这个框架还允许我们构建一个规范，其中平均门设置误差是由RB衰减率参数化的去极化通道，以及相对于理想的门设置的保真度最大化的规范。
2021-08-11 quant-ph
Accelerated Randomized Benchmarking
量子信息处理为广泛的领域和应用提供了有前途的进展，前提是我们可以有效地评估候选系统中应用的控制的性能。也就是说，我们必须能够确定我们是否已经实现了一个期望的门，并相应地进行改进。随机基准测试通过利用量子操作中的对称性降低了这项任务的难度。在这里，我们绑定基准测试所需的资源，并表明，与先前的信息，我们可以实现几个数量级更好的精度比传统的方法进行基准测试。此外，通过建立在最先进的经典算法上，我们以接近最优的资源达到这些精度。我们的方法需要少一个数量级的数据，以达到相同的精度，并提供在线估计的错误报告的精度。我们还表明，我们的方法是有用的物理设备通过比较模拟。因此，我们的研究结果使随机基准测试在新的制度中的应用，并显着减少所需的实验工作，以评估量子系统中的控制精度。最后，我们的工作是基于开源的科学图书馆，可以很容易地应用于感兴趣的系统。
2014-09-24 quant-ph
Machine Learning of Average Non-Markovianity from Randomized Benchmarking
随着量子器件在尺寸和深度上的不断增长，有噪声的量子线路中存在的相关性将是一个不可避免的副作用。随机基准测试（RB）可以说是最初评估量子设备整体性能的最简单方法，也是确定时间相关性（所谓的非马尔可夫性）存在的最简单方法;然而，当检测到这种存在时，迄今为止，在操作上量化其特征仍然是一个挑战。在这里，我们展示了一种方法，利用机器学习的力量与矩阵乘积算子推导出RB实验的数据显示的最小平均非马尔可夫性，认为这可以实现任何合适的门集，以及为大多数特定目的的RB技术。
2022-07-04 quant-ph
A framework for randomized benchmarking over compact groups
实验系统的表征是开发和改进量子硬件的重要步骤。在过去的十年中，开发了一系列称为随机基准测试（RB）的协议，它提供了一种有效的方法来测量量子系统中的错误率。在最近的论文（arxiv：2010.07974）中，提出了RB的一般框架，其包括大多数已知RB协议，并且克服了先前工作中错误模型的限制。然而，即使是这个通用框架也有一个限制：它只能应用于有限的门组。这不满足实验提出的需要，特别是对量子器件上的非Clifford门和连续门集进行基准测试的需求。在这项工作中，我们推广的RB框架连续组的门，并表明，只要噪声水平是合理的小，输出可以近似为矩阵指数衰减的线性组合。作为一个应用程序，我们数值研究了完全随机基准协议（即RB与整个酉群作为门集），使我们的证明。这为在实验中估计任何量子门的门保真度提供了一种统一的方法。
2021-11-19 quant-ph
Randomized benchmarking of single and multi-qubit control in liquid-state NMR quantum information processing
能够量化所提出的实现量子信息处理器（QIP）的设备中的相干控制的水平对于比较不同的设备和评估设备关于实现容错量子控制的前景都是重要的任务。我们在液态核磁共振QIP中实施Knill等人提出的随机基准测试方案（PRA 77：012307（2008））。我们报告了具有单个量子位QIP的$1.3 \pm 0.1 \times 10^{-4}$的每个随机化$\fracπ{2}$脉冲的错误，并且示出了实验相关的错误模型，其中随机化基准测试给出了签名保真度衰减，其不可能被解释为每个门的单个错误。我们探索和实验研究多量子比特扩展的协议，并报告了一个和两个量子比特门的$4.7 \pm 0.3 \times 10^{-3}$的三个量子比特QIP的平均错误率。我们估计，这些错误率仍然没有退相干限制，因此可以通过修改控制硬件和软件来改善。
2008-08-28 quant-ph
Randomized benchmarking with non-Markovian noise and realistic finite-time gates
Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；National Center for Computational Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室国家计算科学中心）；IBM Quantum, IBM T.J. Watson Research Center（IBM量子，IBM T.J.沃森研究中心）；Department of Physics and Astronomy, Northwestern University（西北大学物理与天文学系）
本文提出一种非微扰框架，分析非马尔可夫噪声下有限时间脉冲实现的随机基准测试，揭示衰减曲线对实现方法的依赖，并利用该效应探测非马尔可夫性。
2025-02-25 quant-ph
Characterization of Leakage Errors via Randomized Benchmarking
当量子态泄漏出某些感兴趣的子空间时，例如，定义计算“量子比特”的多级系统的两级子空间或由某些量子纠错码或消相干子空间定义的逻辑码空间，就会出现泄漏误差。相对于更好地研究的退相干误差，泄漏误差对量子控制提出了独特的挑战，并且可能是实现容错量子计算的限制因素。在这里，我们提出了可扩展的和强大的随机基准测试协议，用于快速估计相干和非相干泄漏的速率，允许通过改变控制方法来最大限度地降低泄漏率。我们说明了该协议的可靠性，通过数值模拟与物理相关的错误模型。
2015-03-05 quant-ph
Statistical analysis of randomized benchmarking
随机基准测试及其变体，我们统称为RB+，被广泛用于表征量子计算机的性能，因为它们简单，可扩展，并且对状态准备和测量误差具有鲁棒性。然而，RB+的实验性实现不太理想地分配资源，并做出特别的假设，这破坏了数据分析的可靠性。在本文中，我们提出了一个简单的修改RB+严格消除了一个讨厌的参数，简化了实验设计。然后，我们表明，这种修改和具体的实验选择，RB+有效地提供了估计的错误率与乘法精度。最后，我们提供了一个简化的严格的方法来获得可信区域的参数的兴趣和启发式近似这些区间，在目前相关的制度表现良好。
2019-01-02 quant-ph
Randomized Benchmarking of Quantum Gates
可扩展量子计算的关键要求是基本量子门可以以足够低的误差实现。用于确定门实现的错误行为的一种方法是执行过程层析成像。然而，标准过程层析成像受到状态准备、测量和单量子位门中的误差的限制。它的缺点是量子位数的缩放效率低下，并且当门是由长序列组成时，它不能检测到不利的错误复合。另一个问题是由于可扩展量子计算的期望错误概率为0.0001或更低的量级的事实。实验证明如此低的误差是具有挑战性的。我们描述了一种随机基准测试方法，该方法在不依赖于准确的状态准备和测量的情况下产生计算相关误差的估计。由于它涉及随机选择的门的长序列，因此它还验证了在长计算中使用时错误行为是稳定的。我们对捕获的原子离子量子比特实施了随机基准测试，在特定实验中建立了每个随机pi/2脉冲的一个量子比特错误概率为0.00482（17）。我们希望通过简单的技术修改可以很容易地改善这种错误概率。
2007-07-06 quant-ph
Benchmarking bosonic modes for quantum information with randomized displacements
针对现有玻色模式质量表征工具的不足，本文提出基于相空间随机位移的玻色随机基准测试协议，可识别误差过程并定量提取参数，经囚禁离子实验验证后，还确定了系统中主导的高度相关退相噪声。
2024-05-24 quant-ph
Randomized benchmarking of a high-fidelity remote CNOT gate over a meter-scale microwave interconnect
本研究利用可调耦合量子比特和超绝热驱动，在60厘米微波互连上实现高保真远程态传输，并构建远程CNOT门，通过随机基准测试测得传输保真度0.988和门保真度0.933。
2025-10-23 quant-ph
Characterization of Control in a Superconducting Qutrit Using Randomized Benchmarking
我们描述了在电容性分流磁通偏置超导电路的最低三个能级中实现的qutrit控制。在qutrit Clifford组上进行随机基准测试，得到的平均保真度为98.89 $\pm$ 0.05%。对于选定的子集的克利福德组，我们进行量子过程层析成像，并观察重复的门序列的行为。每个quutrit门是通过一种适用于任何幺正的方法，只使用两个状态的旋转产生的。我们发现，误差主要是由于退相干，并有显着的贡献，从能级位移。这项工作展示了高保真qutrit控制和超导qudits的最佳控制的未来工作的概述途径。
2021-07-22 quant-ph
Fully scalable randomized benchmarking without motion reversal
本文提出二元随机基准测试（BiRB），通过独立同分布门层简化传统随机基准测试，无需运动反转电路，可靠提取平均错误率并支持扩展到更多量子比特。
2024-09-19 quant-ph
Randomized Benchmarking Beyond Groups
随机基准测试（RB）是实验评估量子操作质量的金标准。RB的当前框架是以组及其表示为中心的，但这可能是有问题的。例如，Clifford电路需要多达$O(n^2)$门，因此Clifford RB不能扩展到更大的器件。试图补救这一点包括新的计划，如线性交叉熵基准（XEB），周期基准和非均匀RB，但他们不属于基于组的RB框架。在这项工作中，我们制定了\emph{universal randomized benchmarking (URB) framework}，它没有组结构，也取代了恢复门加上测量组件与一般的“后处理”POVM。这一框架不仅涵盖了大多数现有的基准计划，而且还为制定新的计划提供了语言，并有助于激发新计划的制定。我们专门考虑一类称为\emph{twirling schemes}的URB方案。对于旋转方案，后处理POVM近似分解为中间通道、反转映射和最终测量。这导致我们研究对应于该方案指定的门系综的旋转映射。我们证明，如果这个旋转映射是严格的单位距离内的Haar旋转映射诱导钻石范数，测量的概率作为门长度的函数是一个单一的指数衰减到小的误差项。我们使用的核心技术工具是量子信道上线性算符的矩阵微扰理论。
2022-12-20 quant-ph
Kostant relation in filtered randomized benchmarking for passive bosonic devices
Institute of Physics, Slovak Academy of Sciences（斯洛伐克科学院物理研究所）
本文通过引入两种过滤函数减少玻色子随机基准测试的计算成本，利用特征标和不可约特征标避免计算克莱布施-戈尔丹系数，降低方差并提高效率，通过数值证据展示弱相干态和强度测量可获得接近无损耗或增益的估计结果。
2026-04-10 quant-ph
Qutrit randomized benchmarking
三进制量子处理器提供了优于传统量子比特技术的显著计算优势，利用了量子比特（三层系统）中的量子信息的编码和处理。为了评估和比较这种新兴量子硬件的性能，必须有适用于高维希尔伯特空间的鲁棒基准测试方法。我们展示了扩展的行业标准的随机基准（RB）协议，开发和广泛使用的量子位，适用于三进制量子逻辑。使用超导五象限处理器，我们发现一个单象限门失真低至$2.38 \times 10^{-3}$。通过交错RB，我们发现，这种quutrit门误差在很大程度上是由本地（量子位类）门保真度的限制，并采用同步RB充分表征串扰误差。最后，我们将循环基准测试应用于一个二阶CSUM门，并获得了$0.82$的二阶工艺保真度。我们的研究结果表明，基于RB的工具，以表征获得的整体性能的QUTRIT处理器，和一般的方法来诊断控制错误，在未来的QUTIT硬件。
2020-08-20 quant-ph
A randomized benchmarking suite for mid-circuit measurements
本研究针对量子计算中中间电路测量的性能表征需求，基于随机化基准测试范式开发了一套可检测并量化被测及旁观量子比特误差的基准测试套件，验证了其可扩展性并明确了误差性质。
2024-04-12 quant-ph
Restricted Randomized Benchmarking with Universal Gates of Fixed Sequence Length
针对标准RB依赖复杂操作且序列长度不一致的问题，提出用等长可直接访问通用门产生Haar随机性的受限RB协议，并验证其资源效率与噪声建模价值。
2024-05-08 quant-ph
Randomized Benchmarking under Different Gatesets
我们对随机基准（RB）的两个重要标准之间的差异进行了全面分析：最初在Emerson et al（2005）和Dankert et al（2006）中提出的Clifford组RB协议，以及后来由NIST组在Knill et al，PRA（2008）中提出的RB协议的变体。虽然这两个协议经常合并或假定等效，我们证明，它们产生不同的指数保真度衰减导致的差异高达3的因素，在实验现实条件下的估计错误率。出现这些差异是因为NIST RB协议不满足Clifford群协议中旋转的酉双设计条件，因此衰减率取决于误差模型的非不变特征。我们的分析提供了一个重要的第一步，制定明确的标准基准量子门和更严格的理论基础NIST协议和其他RB协议缺乏组结构。最后，我们讨论这些差异估计容错开销的潜在影响。
2018-11-05 quant-ph
Combining $T_1$ and $T_2$ estimation with randomized benchmarking and bounding the diamond distance
量子系统中误差的表征是实现两个重要目标的基本步骤。首先，了解具体的误差来源对于优化实验设计和误差校正方法至关重要。其次，验证误差低于某个阈值是满足阈值定理的标准所必需的。我们考虑的情况下，误差占主导地位的广义阻尼通道（包括振幅阻尼和失相的共同的内在过程），但也可能包含额外的未知误差源。我们证明了标准的$T_1$和$T_2$估计方法的鲁棒性，并提供表达式的预期误差在这些估计下的额外的误差源。然后，我们推导出的表达式，允许细粒度的随机基准测试实验的阻尼参数的基础上的实际和预期的结果进行比较。鉴于这种比较的结果，我们提供的界限，允许鲁棒估计的阈值容错。
2020-08-20 quant-ph
Estimating the bias of CX gates via character randomized benchmarking
最近的工作表明，高阈值量子纠错是可能的偏置噪声量子比特，提供了一个可以实现的受控非（CX）门，保持偏置。偏置保持CX门已经被提出用于几个偏置噪声量子位平台，最著名的是克尔猫。然而，通过实验测量噪声偏差是具有挑战性的，因为它需要在存在大得多的状态准备和测量（SPAM）误差的情况下准确地估计某些低概率的泡利误差。在本文中，我们介绍了偏差随机基准（BRB）作为一种技术来测量量子门的偏见。像所有RB协议一样，BRB是高度准确的，并且不受SPAM错误的影响。我们的第一个协议，CX-二面角BRB，是一个简单的方法来衡量整个CX-二面角群的偏见。我们的第二个协议，交错偏置随机基准测试（IBRB），是一个概括的交错RB定制的实验约束偏置噪声量子比特;这是一个更复杂的过程，直接针对CX门的偏置单独。我们的BRB程序占据了经典RB协议之间的中间地带，仅估计平均保真度，和层析RB协议，提供更详细的表征噪声，但需要更多的测量以及实验能力，不一定在偏置噪声量子比特。
2022-05-31 quant-ph
