Perturbative tomography of small errors in quantum gates
我们提出了一个有效的协议，完全重建一组高保真量子门。通常，重构高保真度量子门的效率受到采样噪声的限制。我们的协议是基于微扰的方法，有两个阶段。在第一阶段中，噪声量子门的初始部分通过测量映射的迹线来重建，并且迹线可以通过以类似于随机基准测试和量子光谱层析成像的方式放大噪声来测量。在第二阶段，通过使用单位部分放大非单位部分，我们可以有效地重建非单位部分。我们表明，在我们的协议中所需的测量的数量与门的错误率成比例。
2020-09-17 quant-ph
Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate Implemented with Josephson Phase Qubits
量子逻辑门必须在其标准输入基态上操作时以及在这些状态的复杂叠加上操作时正确地执行。使用超导量子比特的实验已经验证了用于例如受控非门[1，2]的特定实现的真值表，但是还没有完全表征用于输入状态的任意叠加的门操作。在这里，我们演示了使用量子过程层析成像（QPT）[3，4]来充分表征两个超导量子比特之间的通用纠缠门的性能。过程层析成像允许完整的门分析，但需要精确准备任意输入状态，控制随后的量子位相互作用，并同时单次测量输出状态。我们使用QPT来测量纠缠门的保真度，并量化影响门性能的退相干机制。除了展示有前途的保真度，我们的纠缠门具有300的开/关比，可调耦合水平将成为未来高保真设备的要求。这是双量子位系统中QPT的第一个固态演示，因为固态过程层析成像以前只使用单量子位进行了演示[5，6]。
2009-10-06 quant-ph
Spectral Quantum Tomography
我们介绍了光谱量子断层扫描，一个简单的方法来提取的噪声少量子比特门，由一个保迹超算子，在抗垃圾邮件的方式，使用低资源的门序列长度的特征值。本征值提供详细的门信息，补充已知的门质量措施，如门保真度，并可用作门诊断工具。我们将我们的方法应用于云中两个不同超导系统上的单量子位和双量子位门，即QuTech Quantum Infinity和IBM Quantum Experience。我们讨论如何串扰，泄漏和非马尔可夫错误影响的特征值数据。
2019-07-30 quant-ph
Compressive gate set tomography
在现实假设下识别和量化实验缺陷的灵活表征技术对于量子计算机的发展至关重要。门集层析成像是一种表征方法，其同时且自洽地从实验数据中提取整组量子门的实现以及初始状态和测量的层析成像描述。获得实验实现的如此详细的图片与对序列数量及其设计的高要求相关联，使得门集层析成像即使对于只有两个量子位也是一项具有挑战性的任务。在这项工作中，我们表明，低秩近似的门集可以从显着更少的门序列，它是足够的，以随机绘制。处理相干噪声的关键任务需要这样的层析成像信息。为此，我们制定的数据处理问题的门集层析成像的秩约束张量完成问题。我们提供了一个算法来解决这个问题，同时尊重通常的积极性和规范化的量子力学的约束，通过使用二阶几何优化方法在复杂的Stiefel流形。除了减少序列，我们证明了数值算法不依赖于结构化的门集或精心设计的电路来稳健地执行门集断层扫描。因此，它比传统方法更灵活。我们还演示了如何在阴影估计协议的相干误差可以减轻使用估计门集断层扫描。
2023-01-13 quant-ph
Quantum operation of fermionic systems and process tomography using Majorana fermion gates
量子层析成像是表征量子操作的重要工具。在本文中，我们提出了一个量子层析成像的框架，在费米系统。与量子比特系统相比，费米子遵守超选择规则，它对费米子系统中的状态、过程和测量设置了约束。因此，我们只能部分地重建一个作用于费米子模式子集的操作，而完整的重建总是需要至少一个辅助费米子模式。我们还报道了一个基于门的Majorana费米子量子计算机的完全重建协议，包括一组实现信息完全态制备和测量的电路。
2021-02-01 quant-ph
A controlled-NOT gate in a chain of qubits embedded in a spin field-effect transistor and its process tomography
我们已经研究了受控非（CNOT）门的可实现性，并通过量子过程层析成像对量子比特链进行了门操作，该量子比特链由嵌入自旋场效应晶体管中的自组装量子点中的电子实现。我们已经证明，CNOT门操作和它的过程层析成像是可执行的，通过使用自旋交换相互作用和几个本地量子比特旋转的相干时间内的量子比特。此外，它表明，当操作时间的波动和沟道电子的极化的不完整性被认为是保真度衰减的来源时，CNOT的过程保真度下降最多为5%的操作时间的波动，其值为0.49和0.72的值分别获得的极化的沟道自旋0.6和0.8。
2013-04-11 quant-ph
Introduction to Quantum Gate Set Tomography
量子门集层析成像（GST）是一种很有前途的量子逻辑门的全面表征方法。与量子过程层析成像（QPT）相比，GST自洽地正确解释了状态准备和测量（SPAM）错误。因此，它提供了显着更准确的估计比QPT作为门的可靠性增加到容错制度。我们对商品及服务税进行了详细的审查，并为其实施提供了一个独立的指南。该方法是一步一步的方式，并包括相关的数学背景材料。我们的目标是证明GST作为一种准确的表征技术和一种简单有效的诊断工具的实用性。作为说明，我们使用单个量子位的模拟示例数据比较GST和QPT的输出。在协议与原始文献中，我们发现，相干误差估计QPT附近的量子纠错阈值，而GST是准确的，在这一制度。
2015-09-09 quant-ph
Scalable linearized gate set tomography
Quantum Performance Laboratory, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室量子性能实验室）
本文提出一种可扩展的线性化门集层析法，用于多量子比特系统的误差表征，通过稀疏误差模型和浅层电路数据实现高效拟合，验证了其在相干和随机误差下的准确性及鲁棒性。
2026-05-11 quant-ph
Gate Set Tomography
门集层析成像（GST）是一种用于详细预测量子计算处理器上逻辑运算（门）特性的协议。GST的早期版本出现在2012-13年左右，从那时起，它已经被改进，演示并在大量实验中使用。本文全面详细地介绍了GST的基础。与旧的状态和过程层析成像协议相比，GST最重要的特征是它无需校准。GST不依赖于预校准状态准备和测量。相反，它描述了一个门集合中的所有操作，这些操作彼此之间是同时和自洽的。长序列GST可以非常高的精度和效率估计门，实现海森堡标度的制度的实际利益。在本文中，我们涵盖GST的知识历史，用于实现其预期目的的技术和实验，数据分析，规范的自由和固定，误差条，并解释规范固定估计的门集。我们的重点是GST的基本数学方面，而不是实现细节，但我们触及了pyGSTi实现中使用的一些基本算法技巧。
2021-09-28 quant-ph
Fast Bayesian tomography of a two-qubit gate set in silicon
对量子态和逻辑门进行基准测试和表征在量子计算设备的开发中是必不可少的。我们介绍了一种贝叶斯方法的自洽过程层析成像，称为快速贝叶斯层析成像（FBT），并通过实验证明了其性能在表征硅基自旋量子位器件上的双量子位门集。FBT建立在自适应自洽线性化的基础上，该线性化对模型近似误差具有鲁棒性。我们的方法提供了一些优势，比其他自洽层析成像方法。最值得注意的是，FBT可以利用来自随机基准测试（或其他表征测量）的先验信息，并且可以实时执行，在获取数据的同时提供全过程矩阵的持续更新估计。
2021-07-30 quant-ph
Self-Consistent Quantum Process Tomography
量子过程层析成像是验证量子门和诊断结构和门设计中的故障的必要工具。我们表明，过程层析成像的标准方法是非常不准确的情况下，用于询问系统的状态和测量算子产生的门，有一些系统误差，一种情况下，所有，但不可避免的任何实际设置。断层摄影中的这些误差不能通过过采样或通过执行更大的实验集来完全校正。我们提出了一种替代方法，断层扫描重建整个图书馆的门在一个自洽的方式。基本要素是定义一个似然函数，该函数不假设用于准备和测量的门。为了使最终的优化易于处理，我们对目标进行线性化，这是对量子计算机进行基准测试时的合理近似，而不是探测黑盒函数。
2012-11-01 quant-ph
Robust Lindbladian Tomography for Cyclic Quantum Gates
针对含噪循环量子门，本文利用误差放大电路的线性近似理论提出 RLT 层析协议，将数据处理优化从非线性降为线性半正定规划，从而更高效稳定。
2025-03-16 quant-ph
Quantum State and Process Tomography via Adaptive Measurements
通过$adaptive$测量研究了纯态的量子态层析成像（QST）和幺正信道的量子过程层析成像（QPT）.对于具有$d$维Hilbert空间的量子系统，我们首先提出了一种自适应协议，其中仅使用$2d-1$测量结果来完成对$all$纯态的QST。然后将这一思想扩展到酉通道的QPT研究中，构造了一个任意酉通道的$d^2+d-1$测量结果的自适应酉过程层析成像（AUPT）协议.我们在一个2量子比特的核磁共振系统中实验实现了AUPT协议。我们研究的性能AUPT协议时，分别应用到Hadamard门，$T$门（$π/8$相位门），和受控非门，因为这些门形成通用的门设置量子信息处理的目的。作为比较，标准QPT也实现了每个门。我们的实验结果表明，AUPT协议，通过自适应测量重建酉信道显着减少了标准QPT所需的实验数量，而没有相当大的保真度损失。
2016-04-21 quant-ph
Microscopic parametrizations for gate set tomography under coloured noise
本研究提出了一种在驱动相位时间相关噪声下量子门的微观参数化方法，利用滤波函数形式体系包含有限相关时间和非马尔可夫演化，从而减少了所需资源并实现了更高效的GST版本。
2024-07-31 quant-ph
SU(4) gate design via unitary process tomography: its application to cross-resonance based superconducting quantum devices
本文提出利用CR哈密顿量传播子与Weyl腔几何结构，在超导量子器件上实现无回波的连续R_{ZZ}(θ)门，并验证了其在SU(4)门设计中的保真度与时间优势。
2025-03-12 quant-ph
Simulated quantum process tomography of quantum gates with Rydberg superatoms
我们数值模拟了单量子比特和双量子比特量子门的量子层析成像，量子比特由包含随机原子数的介观系综表示。这种在里德伯封锁区的强相互作用原子的集合被称为里德伯超原子。里德伯阻断机制中的受激拉曼绝热通道（STIRAP）用于系综中的确定性里德伯激发，这是在原子系综的集体态中存储量子信息和实现两量子比特门所需的。STIRAP脉冲的优化形状用于实现高保真度的布居转移。我们的模拟证实了单量子比特和双量子比特门与里德堡超原子的有效性和高保真度。
2016-05-04 quant-ph
Transformer Models for Quantum Gate Set Tomography
本文提出Ml4Qgst，利用Transformer模型结合高级训练策略进行量子门集层析成像，在单/双量子比特系统上实现与pyGSTi相当的精度，开创了深度学习在量子层析成像中的应用。
2025-01-22 quant-ph
Quantum landscape tomography for efficient single-gate optimization on quantum computers
Bar-Ilan University（巴伊兰大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
提出量子景观层析成像方法，通过张量网络理论表征单个门对整个电路的影响，基于2-酉设计和Clifford表格实现，在噪声模型下优于无梯度和基于梯度的方法。
2026-06-18 quant-ph
Theory and Experimental Demonstration of Wigner Tomography of Unknown Unitary Quantum Gates
本文提出一种将Wigner层析成像扩展到未知酉量子过程的通用协议，结合实验与经典后处理算法重构未知过程，并在IBM量子设备上实验验证，同时提供校准电路以量化误差。
2024-12-18 quant-ph
Quantum process tomography of structured optical gates with convolutional neural networks
提出基于U-Net架构的卷积神经网络方法，仅用最小测量集即可快速准确重建空间依赖的SU(2)算符，合成过程保真度超90%，并在复杂偏振变换上实验验证，扩展了量子过程层析的数据驱动工具箱。
2024-02-26 quant-ph
Control and Tomography of a Three Level Superconducting Artificial Atom
许多超导量子位，例如transmon或相位量子位，具有具有小非谐性的能级结构。这允许方便地获得具有相似频率的较高激发态。然而，在使用短控制脉冲时，必须特别注意避免不必要的较高水平的群体。在这里，我们演示了在transmon中使用最优控制技术制备任意三能级叠加态。通过色散读出，我们提取了三个能级的布居数，并研究了其激发态的相干性。最后，我们展示了完整的量子态层析的准备quutrit状态和评估的一组状态的结晶度，发现平均96%。
2010-04-30 quant-ph
Experimental Characterization of Crosstalk Errors with Simultaneous Gate Set Tomography
串扰是多量子位量子信息处理器中的主要故障源。它可以由各种不同的物理现象引起，并且可以在设备所经历的错误中引入微妙的相关性。几种硬件表征协议能够检测串扰的存在，但很少提供足够的信息来区分各种串扰错误。在这篇文章中，我们描述了如何门集层析成像，一个协议的详细表征量子操作，可以用来识别和表征串扰错误的量子信息处理器。我们证明了我们的方法上的两个量子比特的捕获离子处理器和超导transmon处理器的两个量子比特的子系统。
2021-03-17 quant-ph
Temporal-mode measurement tomography of a quantum pulse gate
在光子时间模式（TM）中编码量子信息为高维量子协议提供了一个强大的平台。然而，主要的实际挑战是设计一种在特定TM和所有相干叠加中对单光子进行操作的设备。量子脉冲门（QPG）是一种模式选择性和频产生器。在这里，我们执行一个完整的模式特性的QPG使用弱相干态在定义良好的TM。我们重建了一套完整的测量算子，当在7维空间上操作时，它显示出0.85的平均保真度到理论上理想的设备。然后，我们使用QPG的这些特征测量算子来校准设备。使用校准的设备和一套完整的断层摄影测量，我们表明，QPG可以执行高维TM状态断层摄影与0.99保真度。
2017-12-14 quant-ph
High-fidelity quantum tomography with imperfect measurements
在目前的工作中，我们解决的问题，量子过程层析成像（QPT）的情况下，不完善的准备和测量的状态，用于QPT。模糊测量的方法，这有助于我们有效地考虑到这些缺陷。然而，要实现这样的程序，应该有关于错误的详细信息。提出了一种获取它们的部分信息的方法。它是基于理想的身份门的层析成像。该门可以通过在初始状态准备之后立即执行测量来实现。通过使用身份门断层扫描的结果，我们能够显着改进进一步的QPT程序。所提出的方法已经在IBM超导量子处理器上进行了实验测试。因此，我们已经获得了增加的保真度从89%到98%的阿达玛变换和从77%到95%的CNOT门。
2019-03-20 quant-ph
Quantum process tomography of a controlled-phase gate for time-bin qubits
时间仓量子比特，其中信息在不同的时间被编码在单个光子中，已经被广泛用于基于光纤和波导的量子通信。随着分布式量子计算的最新发展，询问时间仓编码的量子比特在这种情况下是否有用是合乎逻辑的。我们最近利用基于锂离子波导的2 × 2光开关实现了一个时间仓量子比特控制相位门（C-Phase），并利用它实现了纠缠态的产生。然而，该实验仅使用一对输入状态进行，因此C相门的功能没有得到充分验证。在这项研究中，我们使用量子过程层析成像建立了97.1%的过程保真度。此外，我们证明了受控非门操作的工艺保真度大于94%。该研究证实了用于量子计算电路的典型双量子位逻辑门可以用时间仓量子位实现，从而为基于时间仓量子位实现分布式量子计算迈出了重要的一步。
2020-03-10 quant-ph
Context-aware gate set tomography: Improving the self-consistent characterization of trapped-ion universal gate sets by leveraging non-Markovianity
本研究针对捕获离子设备，通过微观建模将上下文依赖性纳入门层析成像参数化，降低采样成本，提出上下文感知GST以改进非马尔可夫噪声下的自洽表征。
2025-09-24 quant-ph
Lindblad Tomography of a Superconducting Quantum Processor
随着第一代纠错量子计算机的进展，需要强大的表征和验证协议来评估物理量子处理器的噪声环境。虽然标准的相干性度量和表征协议，如T1和T2，过程断层扫描和随机基准测试现在无处不在，但这些技术只提供了有关导致处理器错误的动态多量子比特丢失通道的部分信息，这可以通过主方程形式主义中的Lindblad算子更全面地描述。在这里，我们介绍和实验证明Lindblad断层扫描，一个硬件不可知的表征协议断层重建的哈密顿和Lindblad运营商的量子噪声环境从一个合奏的时域测量。在一个小型超导量子处理器上进行Lindblad层析成像，我们证明了这种技术的特点和占状态准备和测量（SPAM）的错误，并允许一个放置的界限适合马尔可夫模型。比较超导量子处理器上的单量子位和双量子位测量结果，我们证明Lindblad断层扫描也可以用于识别和量化量子处理器上的串扰源，例如始终在线的量子位-量子位相互作用的存在。
2022-12-23 quant-ph
Quantum process tomography of continuous-variable gates using coherent states
针对谐振子多 Fock 态编码导致量子门表征困难的问题，本文在超导电路中展示了相干态量子过程层析（csQPT），通过重建更大 Hilbert 空间的 Kraus 算符，更准确地确定了导致门不保真度的错误机制。
2023-03-02 quant-ph
Implementing efficient selective quantum process tomography of superconducting quantum gates on the IBM quantum processor
选择性量子过程层析成像（SQPT）的实验实现涉及在称为量子2-设计状态的一组特殊状态的帮助下计算过程矩阵的各个元素。然而，从量子2-设计态准备输入态以选择性地和精确地计算过程矩阵的期望元素所需的实验设置的数量仍然很高，因此在实验室中构建相应的幺正运算是一项艰巨的任务。为了减少实验的复杂性，我们在数学上重新制定了标准的SQPT问题，我们称之为改进的SQPT（MSQPT）方法。我们设计了广义量子线路来准备所需的输入态集，并制定了一个有效的测量策略，旨在最大限度地减少SQPT的实验成本。我们在IBM QX 2云量子处理器上实验演示了MSQPT协议，并选择性地表征了各种两量子位和三量子位量子门。
2021-07-15 quant-ph
Compressed sensing quantum process tomography for superconducting quantum gates
我们采用压缩感知（CS）量子过程层析（QPT）方法来表征基于超导Xmon和相位量子比特的量子门。使用两个量子比特控制Z门的实验数据，我们得到了一个估计的过程矩阵$χ$与充分的QPT相比，具有相当高的保真度，但使用显着减少的初始状态和测量配置。我们表明，CS方法仍然工作时，所使用的数据量是如此之小，标准的QPT将有一个欠定系统的方程。我们还将CS方法应用于分析具有数值增加的噪声的三量子比特Toffoli门，并且同样表明该方法对于大幅减少的数据集效果良好。对于CS计算，我们使用两个不同的基地，其中的过程矩阵$χ$是近似稀疏的，并显示所得到的估计的过程矩阵相匹配的每一个具有合理的高保真度。对于两个量子比特和三个量子比特门，我们不仅通过其过程矩阵和保真度来表征量子过程，而且还通过相应的标准差来表征，标准差通过不同初始状态的状态保真度的变化来定义。
2014-07-03 quant-ph
Quantum tomography for quantum systems optimization
量子态变换是现代量子计算的一项重要任务。量子层析成像用于这些目的显着扩大了可能性的范围。然而，制备和测量误差的存在使该过程的实际使用复杂化。在这项工作中，我们调查的可能性，估计这些误差的实验。这些估计随后被用来建立一个强大的量子层析成像模型。该模型允许人们精确地重建单量子比特门的酉误差。我们表明，有这样的不完美的单量子比特门与预先估计的错误，可以得到接近理想的变换。类似的方法也可以显着减轻单量子位门串扰。
2022-01-10 quant-ph
Adaptive Quantum Tomography in a Weak Measurement System with Superconducting Circuits
针对弱测量系统中自适应量子层析速度慢的问题，提出最优测量基，仿真与实验分别减少约33.74%和14.81%的测量次数，同时保持O(1/sqrt(N))标度。
2023-05-08 quant-ph
Full Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate on an IBM's Quantum Computer
本研究在IBM量子计算硬件上对通用两比特纠缠门SQSCZ开展全量子过程层析成像，验证了其良好的保真度与噪声特性，为量子计算的理论与应用发展提供支撑。
2024-02-10 quant-ph
Qubit state tomography in superconducting circuit via weak measurements
本文研究了在电路QED系统中基于弱测量和弱值概念直接测量量子比特态的方案，并将分析推广到有限强度弱测量及超越坏腔和弱响应极限的一般参数条件，证明其可在当前实验水平下实现。
2016-06-15 quant-ph
Process tomography of Robust Dynamical Decoupling in Superconducting Qubits
动态解耦是一种保护量子比特免受噪声影响的技术。在存在噪声的情况下保持量子相干性的能力对于量子器件的发展是必不可少的。在这里，Rigetti量子计算平台被用来测试不同的动态解耦序列。序列的性能通过量子过程层析成像表征，并使用量子信道形式主义进行分析。结果表明，动态退耦可以减少量子比特的退相，但不能防止自发发射。此外，从过程层析成像的结果，也可以得出结论，动态解耦的作用不能被理解为量子比特相干时间的简单修改。这里还示出了Rigetti量子比特上的动态解耦的性能受到脉冲不完美性的限制。然而，可以使用鲁棒动态解耦来改善性能，即对实验缺陷具有鲁棒性的序列。这里测试的序列优于以前在同一平台上测试的动态解耦序列。
2022-02-04 quant-ph
Neural network based time-resolved state tomography of superconducting qubits
本文提出一种时间分辨的调制神经网络，实现对超导量子比特的单个全态层析，在低信噪比下将读出误差降低一个数量级，并显著减少拉比振荡测量方差，助力下一代量子处理器。
2024-03-15 quant-ph
Characterization and tomography of a hidden qubit
在基于电路的量子计算中，可用的门集合通常由作用于每个单独量子位的单量子位门和量子位对之间的至少一个纠缠门组成。然而，在某些物理架构中，一些量子位可能是“隐藏的”，并且缺乏通过专用控制和读出线的直接寻址能力，例如因为有限的片上路由能力，或者因为控制线的数量成为多量子位系统的限制因素。在这种情况下，没有单量子位操作可以应用于隐藏的量子位，并且它们的状态不能直接测量。相反，它们可以仅通过连接的“控制”量子位和一组合适的双量子位门的单量子位操作来控制和读出。我们首先讨论这种有限的控制能力对特定量子位耦合网络的量子体积的影响。然后，我们在实验上展示了超导双量子位器件的完全控制和测量能力，该器件具有本地单量子位控制和iSWAP以及由可调谐耦合器实现的受控相位双量子位相互作用。我们进一步介绍了一个迭代的调整过程，需要完全表征用于量子过程层析成像的门集，并评估由此产生的门的性能。
2020-11-17 quant-ph
Near-Minimal Gate Set Tomography Experiment Designs
Sandia National Laboratories, Quantum Performance Laboratory（桑迪亚国家实验室，量子性能实验室）
本文提出通过去除冗余优化门集量子态层析实验设计，实现更小更可扩展的实验方案，同时保持高精度。
2023-09-21 quant-ph
Two-Qubit Gate Set Tomography with Fewer Circuits
本文针对双量子比特门集层析实验线路过多的问题，提出利用 GST 线路的过完备结构识别并剔除冗余线路，在保持海森堡极限精度扩展的同时大幅降低实验成本，并通过数值模拟和 Fisher 信息验证了有效性。
2023-09-21 quant-ph
Characterizing mid-circuit measurements on a superconducting qubit using gate set tomography
发生在量子线路内部的测量--中间电路测量--是一个重要的量子计算原语，最值得注意的是用于量子纠错。中间电路测量具有经典输出和量子输出，因此它们可能受到终止量子线路的测量不存在的误差模式的影响。在这里，我们展示了如何表征中间电路测量，量子仪器建模，使用一种技术，我们称之为量子仪器线性门集层析成像（QILGST）。然后，我们应用这种技术来表征一个多量子比特系统内的超导transmon量子比特的色散测量。通过改变测量脉冲和后续门之间的延迟时间，我们探讨了剩余腔光子布居对测量误差的影响。QILGST可以解决不同的错误模式，并量化测量的总误差;在我们的实验中，对于1000 ns以上的延迟时间，我们测量了总误差率（即，当分别测量$0$和$1$时，$ε_{\diamond} = 8.1 \pm 1.4 \%$的半菱形距离）、$97.0 \pm 0.3\%$的读出保真度以及$96.7 \pm 0.6\%$和$93.7 \pm 0.7\%$的输出量子态保真度。
2021-03-04 quant-ph
Single Shot i-Toffoli Gate in Dispersively Coupled Superconducting Qubits
量子算法通常受益于执行多量子位（>2）门的能力。到目前为止，这种多量子位门通常被分解为单量子位门和双量子位门，特别是在超导量子位架构中。在一个步骤中执行多量子位操作的能力可以大大提高许多算法的保真度和执行时间。在这里，我们提出了一个Single Shot方法来执行一个i-Toffoli门，一个三量子比特门门，两个控制和一个目标量子比特，使用目前现有的超导硬件。我们展示了数值证据的过程保真度超过98%和500纳秒的门时间的超导量子比特通过可调谐耦合器相互作用。我们的方法可以直接向前扩展，以实现具有两个以上控制量子位的门。
2021-11-10 quant-ph
Quantum process tomography of a Mølmer-Sørensen gate via a global beam
我们提出了一个框架的量子过程层析成像的两个离子的相互作用，利用调制的捕获电位和复合脉冲从全球激光束，以实现个人离子寻址。身份和延迟过程的层析成像分析揭示了层析成像实验过程中激光退相干和慢量子比特频率漂移的主要误差贡献。我们使用这个框架上的两个共同捕获的$^{40}$钙$^+$离子分析优化和一个压倒性的莫默-Sørensen门，并比较这种分析的结果，一个信息较少的贝尔状态断层扫描测量和预测的基础上，一个简化的噪声模型。这些结果表明，该技术是有效的两离子量子过程的表征和提取有意义的信息存在于系统中的错误。这种方法的实验方便，将允许更广泛地使用过程层析成像的特征纠缠门在捕获离子系统。
2021-04-20 physics.atom-ph quant-ph
Designing Shadow Tomography Protocols by Natural Language Processing
本文提出一种受自然语言处理启发的AI驱动量子电路设计协议，通过优化双比特门纠缠能力确定最小门集{iSWAP}，并利用强化学习训练循环神经网络生成高效电路，在影子层析基准下展现出强泛化能力。
2025-09-16 quant-ph
Randomized benchmarking and process tomography for gate errors in a solid-state qubit
我们提出了测量单量子比特的超导量子比特门误差。从量子过程断层扫描和随机基准的结果进行比较，从双π脉冲实验获得的门误差。随机基准测试揭示了1.1+/-0.3%的最小平均门误差和保真度对门数量的简单指数依赖。它表明，门保真度的限制主要是由量子比特退相干，与理论一致。
2008-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum gate characterization in an extended Hilbert space
我们描述了一种使用量子过程层析成像来表征量子门的过程的方法，首先在扩展的希尔伯特空间中对其进行建模，该空间包括非量子位自由度。为了防止非物理过程被预测，目前的量子过程层析成像程序结合了数学约束，其不假设所描述的系统的实际物理性质。相比之下，这里提出的过程通过对量子过程的性质施加物理约束来确保物理性。这允许使用较小的实验数据集进行量子过程层析成像，并产生具有直接物理解释的参数。以全光控制非门中的模式匹配为例说明了该方法。所描述的技术是非特定的，并且可以应用于其他光学电路或量子计算架构。
2005-09-23 quant-ph
Fidelity of a Rydberg blockade quantum gate from simulated quantum process tomography
我们提出了一个详细的误差分析里德堡封锁介导的控制非量子门两个中性原子之间的最近在物理评论快报证明。104，010503（2010）和Phys.Rev.A82，030306（2010）。门动态的主方程的数值解，包括所有已知的技术误差源，被证明是在良好的协议与实验。门误差的主要来源进行了鉴定，并为今后的改进提出了建议。我们还提出了量子过程层析成像的数值模拟，以找到内在的保真度，忽略技术误差，里德堡封锁控制的相位门。门保真度的特点是使用轨迹重叠和轨迹距离的措施。我们表明，跟踪距离是线性敏感的有限里德伯封锁移位所产生的错误，并引入一个修改后的脉冲序列，纠正线性错误。我们的分析表明，对于$^{87}$ Rb或Cs原子的特定状态，从模拟量子过程层析成像中提取的本征门误差可以低于0.002。讨论了容错阈值计算中所用的门错误概率与工艺保真度之间的关系。
2012-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Gate-set evaluation metrics for closed-loop optimal control on nitrogen-vacancy center ensembles in diamond
本文针对金刚石氮-空位中心系综的闭环量子最优控制，比较了四种门集评估指标，展示了权衡并显著提升了门集性能。
2024-03-24 quant-ph
Bootstrapping quantum process tomography via a perturbative ansatz
随着对候选量子处理器的鲁棒验证和确认的需求的增长，量子过程层析成像变得越来越重要。在这里，我们提出了一种有效的量子过程层析成像的方法，使用一个未知的量子过程的物理动机的ananterior。我们的自举引导到一个有效的描述一个未知的过程中的多量子位处理器从成对的两个量子位的断层扫描数据。此外，我们的方法可以继承不敏感的系统准备和测量误差从两个量子位层析成像计划。我们基准我们的方法使用噪声三量子比特门的数值模拟，并表明它产生高度准确的量子过程的表征。此外，我们通过实验证明了我们的方法，从两个量子位断层扫描数据构建三个量子位门重建。
2019-05-24 quant-ph
Quantum logical gates with four-level SQUIDs coupled to a superconducting resonator
提出了一种利用超导量子干涉器件（SQUID）耦合到超导谐振器实现双量子比特受控相位门的方法。在该方案中，每个SQUID的两个最低电平用作逻辑状态，每个SQUID的两个中间电平用于门实现。我们表明，无论是调整SQUID的水平间距在门操作，也不均匀的SQUID参数是必需的这个建议。此外，该方案不需要绝热通道或二阶失谐，因此门快得多。
2010-11-08 quant-ph
Single-shot realization of nonadiabatic holonomic gates with a superconducting Xmon qutrit
非绝热完整量子计算由于其对控制误差的鲁棒性和高速实现等优点而受到越来越多的关注。用超导transmon qutrit实验验证了非绝热完整单量子比特门的原始方案。然而，原始协议需要两个非对易门来实现任意的单量子比特门，这使得门暴露于错误源的时间加倍，因此使门容易受到环境诱导的退相干的影响。随后提出了单次激发方案来实现一个任意的单比特非绝热完整门。在本文中，我们实验上实现了非绝热完整单量子比特门与超导Xmon qutrit的单次发射协议，其中所有的Clifford元素门都是通过单次发射实现的。通过量子过程层析成像和随机基准测试，单次激发门达到大于99%的保真度。
2018-11-15 quant-ph
Phase gate of one superconducting qubit simultaneously controlling n qubits in a cavity
我们提出了如何实现一个超导量子比特同时控制N个量子比特的三步相位控制门（1<n<N）。该门的操作时间与门操作中涉及的量子位数n无关。这种相位门同时控制n个量子位对腔模的初始状态不敏感，并且可以用于产生同时作用于n个量子位的类似CNOT门。
2013-03-18 quant-ph
Fast geometric gate operation of superconducting charge qubits in circuit QED
提出了一种利用一维超导传输线谐振器耦合超导电荷量子比特的方案。量子比特工作在它们的最佳点，在那里它们不受电荷噪声的影响，并且具有很长的退相干时间。对相互作用的动力学时间演化进行了分析，结果表明这种相互作用对谐振腔场的初始状态不敏感。该方案实现了快速门操作，并且易于扩展到多量子位场景。
2011-07-09 quant-ph
Quantum detector tomography of a high dynamic-range superconducting nanowire single-photon detector
我们演示和验证量子探测器断层扫描的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的多路复用方案，允许测量高达71000个光子每输入脉冲。我们重建了该器件在低光子数区的正算子值测度（POVM），并使用提取的参数来显示跨越器件整个动态范围的POVM。我们通过寻找亮态的平均光子数来验证这一点。我们的工作表明，一个可靠的量子描述的大规模SNSPD设备是可能的，并应适用于其他复用配置。
2021-04-19 physics.ins-det quant-ph
Quantum detector tomography of a 2x2 multi-pixel array of superconducting nanowire single photon detectors
我们展示了一个商业的超导纳米线单光子探测器的2x2阵列的量子探测器断层扫描。我们表明，探测器的具体数字的优点，包括效率，暗计数和串扰的概率可以直接提取，而不求助于底层的探测器物理。这些品质因数直接从设备的重构正算子值测量（POVM）的仅仅四个元素中识别。我们表明，探测器断层扫描提取的效率和暗计数概率的值显示出良好的协议与这些数量的独立测量，我们提供了一个直观的操作定义串扰概率。最后，我们表明，重建所需的参数必须仔细选择，以避免过度平滑的数据。
2020-07-31 physics.ins-det quant-ph
