Quantum Memristors
基于忆阻器的技术,具有记忆的电阻器,其电阻取决于交叉电荷的历史,最近增强了具有神经形态架构的经典计算范例。然而,与诸如电感器、电容器或电阻器的无源电路元件的已知量化模型相比,量子忆阻器的设计和实现仍然缺失。在这里,我们引入量子忆阻器作为量子耗散器件的概念,其退相干机制由连续测量反馈方案控制,该方案解释了记忆。事实上,我们提供的数值模拟表明,记忆效应实际上持续在量子制度。我们的量子化方法,专门为超导电路设计,可以扩展到其他量子平台,允许在不同的量子技术的忆阻器类型的结构。所提出的量子忆阻器是神经形态量子计算和非马尔可夫系统的量子模拟的构建块。
2017-01-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tripartite entanglement in quantum memristors
我们研究了三个耦合量子忆阻器的纠缠和忆阻特性。我们考虑基于超导非对称SQUID架构的量子忆阻器,其通过电感器耦合。这三个量子忆阻器以两种不同的几何形状排列:线性和三角形耦合配置。我们得到了各种相关的措施,包括二体纠缠和三重负性。我们发现,对于相同的量子忆阻器,纠缠和忆阻性遵循相同的行为,三角形的情况下和相反的情况下的线性。最后,我们研究了具有三重负性和纠缠一夫一妻关系的多体关联,证明了我们的系统具有真正的三重纠缠。我们的研究结果表明,量子关联在多体忆阻系统中具有重要的作用,可以用来设计量子忆阻器阵列的量子神经网络和神经形态量子计算架构。
2022-01-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum memristors for neuromorphic quantum machine learning
本文提出利用量子忆阻器在同一量子硬件中结合幺正演化与测量前馈的非线性,为量子机器学习部署高效的神经形态量子计算提供了新途径。
2024-12-25 cs.NE quant-ph
Quantum Memristors with Quantum Computers
我们提出了在数字量子计算机上编码忆阻量子动力学。使用一组辅助量子比特,我们模拟了一个有效的非马尔可夫环境的碰撞模型的启发,再现忆阻功能之间的期望值不同的运营商在一个单一的量子比特。我们在IBM量子模拟器中用32个量子位对我们的提议进行了数值测试,获得了量子忆阻器的特征收缩滞后曲线。此外,我们将我们的方法扩展到两个耦合的量子忆阻器的情况下,打开了大门的神经形态量子计算在NISQ时代的研究。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable Non-Markovianity for Bosonic Quantum Memristors
本研究针对热库中耦合辅助量子比特的玻色腔模式,提出通过量子比特频率调控动力学非马尔可夫性的方法,发现辅助系统控制等效于时变衰减率,可用于构建具备记忆效应的玻色子量子忆阻器,助力神经形态量子技术发展。
2023-01-31 quant-ph
Experimental neuromorphic computing based on quantum memristor
针对量子平台实现神经网络非线性行为的挑战,提出基于光子量子忆阻器的神经形态架构,通过忆阻反馈回路增强非线性,在四个任务上验证了其性能及作为复杂网络构建模块的潜力。
2025-07-01 quant-ph
Quantum Memristors with Superconducting Circuits
忆阻器是保留其过去动态信息的电阻元件。由于它们具有代表电子、信息处理和非传统计算领域范式变化的潜力,因此引起了人们的极大兴趣。鉴于量子技术的出现,可以设想具有超导电路的量子忆阻器的设计。沿着这些路线,我们介绍这样一个量子器件,其忆阻行为产生准粒子诱导隧穿时,超导电流被取消。对于现实的参数,我们发现,相关的滞后行为可以观察到使用当前的相位驱动的隧道电流的最先进的测量。最后,我们开发了合适的方法来量化系统中的内存保留。
2017-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Machine Learning for maximizing the memristivity of single and coupled quantum memristors
Quantum Spain, Universitat de València(瓦伦西亚大学量子西班牙);IDAL, Electronic Engineering Department, ETSE-UV, Universitat de València(瓦伦西亚大学瓦伦西亚工程技术学院电子工程系IDAL);Kipu Quantum;Universidad de Santiago de Chile (USACH)(智利圣地亚哥大学);Center for the Development of Nanoscience and Nanotechnology(纳米科学与纳米技术发展中心);Valencian Graduate School and Research Network of Artificial Intelligence (ValgrAI)(瓦伦西亚人工智能研究生院与研究网络(ValgrAI))
本文利用机器学习方法研究量子忆阻器的忆阻性优化,发现其与量子纠缠度密切相关,为神经形态量子计算提供了新思路。
2023-09-10 cs.AI cs.LG quant-ph
Memristor-based cryogenic programmable DC sources for scalable in-situ quantum-dot control
针对自旋量子比特控制中的室温布线瓶颈,提出并验证了一种基于TiO2忆阻器的低温可编程直流源,在4.2 K下实现多级电阻编程、1 V/100 uV输出,并仿真展示亚2分钟原位双量子点电荷稳定性图。
2022-03-22 cs.AR quant-ph
Quantum Memristors in Quantum Photonics
University of the Basque Country UPV/EHU(巴斯克大学(UPV/EHU));IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(巴斯克科学基金会IKERBASQUE);Shanghai University(上海大学)
我们提出了一种在量子光子平台上构建量子忆阻器的方法。我们首先设计了一个有效的分束器,这是实时可调的,通过一个马赫-曾德尔型阵列与两个相等的50:50分束器和一个可调延迟器,这允许我们控制其反射率。然后,我们表明,这种可调谐分束器,当配备了弱测量和经典反馈,作为一个量子忆阻器的行为。实际上,为了证明它的量子性,我们展示了如何在相干光束中编码量子信息。此外,我们估计的记忆能力的量子忆阻器。最后,我们展示了所提出的设置在集成量子光子学的可行性。
2018-12-14 cond-mat.mes-hall cs.AI cs.NE
Neural Network Architectures for Scalable Quantum State Tomography: Benchmarking and Memristor-Based Acceleration
该研究针对量子态层析受希尔伯特空间指数增长限制的问题,基准测试多种神经网络架构在纯/混合态重构中的表现,明确CNN、CGAN扩展性最优,同时探讨忆阻器存内计算可加速模型,为量子-经典协同设计奠基。
2025-07-30 quant-ph
Towards a Cryogenic CMOS-Memristor Neural Decoder for Quantum Error Correction
本文提出一种基于180nm CMOS和金属氧化物忆阻器的可扩展神经解码器ASIC,利用存内计算实现高效向量-矩阵乘法,并在低至1.2K的低温下验证了其稳定性能,为低温量子纠错解码器奠定基础。
2025-01-24 cs.AR quant-ph
Scalable Memory Sharing in Photonic Quantum Memristors for Reservoir Computing
Seoul National University(首尔大学)
本文提出了一种可扩展的光子量子突变器网络,通过分布式记忆实现测量基于的记忆共享,提升了量子和经典滞后效应,并在Fashion-MNIST分类中表现出更高的准确性和置信度。
2026-01-30 physics.optics quant-ph
Perceptrons from Memristors
忆阻器,具有记忆的电阻器,其输出取决于其输入的历史,已经成功地用于神经形态架构,特别是作为突触和非易失性存储器。然而,据我们所知,到目前为止还没有提出一种网络模型,其中突触和神经元都使用忆阻器实现。在目前的工作中,我们介绍模型的单一和多层感知器完全基于忆阻器。我们将delta规则应用于基于忆阻器的单层感知器,将反向传播算法应用于基于忆阻器的多层感知器。我们的研究结果表明,两者都表现出预期的感知器,包括满足明斯基-Papert定理。作为通用近似定理的结果,他们还表明忆阻器是通用函数近似器。通过将忆阻器用于神经元和突触,我们的模型为基于忆阻器的新型神经网络架构和算法铺平了道路。基于忆阻器的神经网络可以在能量守恒方面显示出优势,并为其他学习系统在经典和量子学习领域中适应基于忆阻器的范例开辟了可能性。
2018-12-26 cs.ET cs.NE quant-ph
Hysteresis and Self-Oscillations in an Artificial Memristive Quantum Neuron
本文研究含量子忆阻器的人工神经元电路,证明量子隧穿机制可产生电流-电压迟滞,并在中等弛豫速率的量子区域中激发自持电流振荡,为利用量子效应控制迟滞和自振荡提供了通用方法。
2024-05-01 quant-ph
Quantized Single-Ion-Channel Hodgkin-Huxley Model for Quantum Neurons
Hodgkin-Huxley模型描述了神经元中细胞膜的行为,将其每个部分视为电路元件,即电容器,忆阻器和电压源。我们专注于钾离子的激活通道,由于其简单性,同时保留了原始模型所显示的大部分功能。这个简化的版本本质上是一个经典的忆阻器,一个电阻器,其电阻取决于穿过它的电信号的历史,耦合到电压源和电容器。在这里,我们将考虑基于量子忆阻器形式主义的量子化霍奇金-赫胥黎模型。我们比较的行为的膜电压和钾通道电导,当电路受到交流电源,在经典和量子领域。数值模拟表明,所考虑的通道电导取决于在所有制度的信号历史的预期适应。值得注意的是,更高的时刻的电压的计算表现出纯粹的量子功能有关的电路零点能量。最后,我们研究了Hodgkin-Huxley量子忆阻器作为非对称射频SQUID在超导电路中的实现。这项研究可能允许构建受大脑功能启发的量子神经元网络,以及设计用于量子机器学习的神经形态量子架构。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall cs.ET cs.NE
Analog simulator of integro-differential equations with classical memristors
模拟计算机利用系统的连续变量,如其电气、机械或液压特性,来解决给定的问题。虽然这些设备通常在计算上比数字设备更强大,但它们受到模拟噪声的影响,无法进行错误控制。我们将重点介绍基于有源电网络的模拟计算机,该网络由电阻器、电容器和运算放大器组成,能够模拟任何线性常微分方程。然而,他们可以解决的非线性动力学的类别是有限的。在这项工作中,通过将忆阻器添加到电网络中,我们表明模拟计算机可以通过仔细选择忆阻器状态变量的电导和动态来模拟各种线性和非线性积分微分方程。据我们所知,这是第一次提出基于忆阻器的电路进行模拟。我们通过模拟与流体动力学相关的积分-微分模型、人口增长的非线性Volterra方程和描述非马尔可夫记忆效应的量子模型等来研究这些模拟计算机的性能。最后,我们进行稳定性测试,考虑不完美的模拟组件,获得强大的解决方案,高达$13\%$相关的时间尺度的相对误差。
2019-09-27 cs.ET cs.NE quant-ph
Simulation of memristive synapses and neuromorphic computing on a quantum computer
神经形态计算的主要方法之一是使用忆阻器作为模拟突触。我们提出了具有忆阻特性的幺正量子门,包括欧姆定律、收缩磁滞回线和突触可塑性。滞后依赖于量子相位和长期的可塑性,编码的量子态观察。我们还提出了一个具有通用量子计算能力的三层神经网络。在忆阻神经网络上实现了量子态分类。我们的研究结果为大脑启发的量子计算铺平了道路。这些结果是在超导量子计算机ibmq_vigo上进行数值模拟和实验得到的。
2020-07-19 quant-ph
Quantized Three-Ion-Channel Neuron Model for Neural Action Potentials
Hodgkin-Huxley模型描述了神经冲动通过轴突的传导,其膜的电响应可以使用包含电容器、电压源和电导的多个连接电路来描述。这些电导取决于先前的去极化膜电压,这可以用称为忆阻器的记忆电阻元件来识别。受忆阻器量子化的启发,在量子机制下研究了包含单个离子通道的简化Hodgkin-Huxley模型。在这里,我们研究了完整的Hodgkin-Huxley模型的量子化,占所有三个离子通道,并引入一个量子源,连同一个输出波导作为连接到随后的神经元。我们的系统由两个忆阻器和一个电阻器组成,分别描述钾,钠和氯离子通道电导,以及一个电容器来解释轴突的膜电容。对于给定的源量子态,我们研究了离子通道电导率和电路电压的行为,并将结果与单通道的结果进行比较。值得注意的是,在反对的单通道模型,我们能够重现的电压尖峰在绝热制度。论证电路电压是一个量子变量,我们发现一个纯粹的量子力学的贡献,在系统电压的二阶矩。这项工作代表了量子机制中Hodgkin-Huxley模型的完整研究,建立了一个构建量子神经元网络的配方。这为基于硬件的神经形态量子计算以及量子机器学习的进步铺平了道路,量子学习可能在资源方面更有效。
2021-12-10 cond-mat.dis-nn q-bio.NC quant-ph
Gradients of parameterized quantum gates using the parameter-shift rule and gate decomposition
参数移位规则是一种测量量子线路相对于其参数的梯度的方法,其不需要辅助量子比特或受控操作。在这里,我将讨论将这种方法应用于更广泛的参数化量子门,方法是将量子门分解为标准门的乘积,每个标准门都是参数移位规则可微的。
2019-05-30 quant-ph
Application of the Diamond Gate in Quantum Fourier Transformations and Quantum Machine Learning
当我们接近量子技术的实际应用时,以最好的方式利用当前的量子资源是至关重要的。考虑到这一点,当其他标准化程度较低的门目前表现更好时,在编译量子算法时,使用通常的标准门集(灵感来自经典逻辑门)可能没有好处。因此,我们考虑一种有前途的原生门,它自然地出现在超导电路中,称为钻石门。我们展示了如何钻石门可以分解成标准的门,并使用单量子位门,可以作为一个受控的非交换(CNS)门。然后,我们将展示如何这个CNS门可以创建一个受控的相位门。受控相位门是量子傅里叶变换算法的骨干,因此,我们展示了如何使用钻石门来执行此算法。我们还展示了如何在量子机器学习中使用钻石门;也就是说,我们使用它来近似非线性函数并对二维数据进行分类。
2022-03-09 quant-ph
On Binomial Summations and a Generalised Quantum SWAP Gate
我们给出了一个量子门结构-完全由CNOT门的事件组成-将量子位SWAP门推广到更高的维度。这种新结构比WilNOT量子门结构更规则,是对WilNOT量子门结构的改进。
2008-11-12 quant-ph
CALA-$n$: A Quantum Library for Realizing Cost-Effective 2-, 3-, 4-, and 5-bit Gates on IBM Quantum Computers using Bloch Sphere Approach, Clifford+T Gates, and Layouts
本文提出基于布洛赫球和Clifford+T门的量子布局感知方法,构造2至5量子比特的高成本效益n位门,并证明其转译后量子成本始终低于标准n位门,可用于构建IBM量子计算机量子库。
2024-08-02 quant-ph
Programmable quantum gate arrays
我们展示了如何构建量子门阵列,可以编程为执行不同的单一操作的数据寄存器,根据输入到一些程序寄存器。它表明,一个通用的量子门阵列-一个门阵列,可以被编程为执行任何单一的操作-存在,只有当一个允许的门阵列以概率的方式操作。我们构造的通用量子门阵列所需的门数比经典的通用门阵列要少。
1997-03-18 quant-ph
Design of gates for quantum computation: the NOT gate
我们提供了一种替代传统的量子计算网络公式。我们提出了量子逻辑门/电路构造的模拟方法。作为一个例子,我们认为空间扩展的非门作为这种方法的发展的第一步。我们导出了对应于此门的相互作用哈密顿量的显式形式,并分析了它的性质。我们还讨论了一般扩展的情况下,某些时间相关的相互作用,这可能是有用的量子逻辑门的实际实现。
1997-09-16 quant-ph
Quantum Information processing by NMR: Implementation of Inversion-on-equality gate, Parity gate and Fanout gate
虽然通过具有少量量子比特的核磁共振(NMR)进行的量子信息处理已被很好地建立,但由于退相干/弛豫,冗长计算的实现已被证明是困难的。在这种情况下,浅电路(使用并行计算的电路)可能被证明是现实的。奇偶校验门和扇出门对于创建浅电路是必不可少的。在这篇文章中,我们实现了在3量子比特系统中的反转平等门,其次是奇偶门和扇出门的NMR,使用间接交换耦合哈密顿量下的演化。
2004-04-06 quant-ph
Universal Quantum Gates for Single Cooper Pair Box Based Quantum Computing
我们描述了一种方法,用于实现任意的1-qubit门和受控非门的上下文内的单库珀对盒(SCB)的方法量子计算。这样的门足以支持通用量子计算。量子门操作通过将电压和磁通量的序列施加到单个量子位或量子位对来实现。门操作的持续时间和开始时间都不用作控制参数。结果,量子门具有恒定且已知的持续时间,并且取决于标准控制参数序列,而不管门操作何时开始。这简化了将量子门集成到并行、同步的量子线路中。此外,我们还展示了利用目前的电子束光刻技术制造这种门和大规模量子线路的能力。这些特征使得基于SCB的方案成为实用量子计算机硬件的可靠竞争者。
2001-12-08 quant-ph
The wave-particle duality of the qudit quantum space and the quantum wave gates
我们提出三个核心理念:1。量子空间的波粒二象性; 2.用量子泛函的有序对所有基本量子门进行分类; 3.一种新型的量子门被称为“量子波门”。我们首先研究了量子泛函,它与量子态的关系类似于基本量子物理中的动量波函数和位置波函数之间的关系:在对偶表示之间可以定义傅里叶变换和熵不确定原理。量子泛函不仅是数学构造,而且具有明确的物理意义和量子线路实现。将量子泛函的划分解释与量子门的效应联系起来,我们用量子泛函的有序对所有的基本量子门进行分类。通过将量子泛函推广到量子泛函,我们发现了一种新型的“量子波门”,它是传统量子门的量子版本。
2022-12-20 quant-ph
Quantum Gates and Circuits
本文回顾了量子逻辑门思想产生于可逆布尔门理论的历史。我强调量子XOR或受控NOT作为量子计算的基本两位门。这个门在量子纠错网络中起着核心作用。
1997-05-07 quant-ph
Selective phase rotation quantum gate entangler
我们构造了一个基于选择性相位旋转变换的量子门纠缠器。特别地,我们用多比特态的通用控制门建立了量子积分变换与量子门纠缠之间的关系。我们的构造也与多体量子系统的几何结构有关。
2008-06-17 quant-ph
Holonomic quantum logic gates
这是量子计算背景下的量子完整性的简要概述。我们选择了一组足够的量子逻辑门,即相位门,阿达玛门,和条件相位门,并展示了它们如何可以实现纯几何手段。这样的门可以对某些类型的错误更有弹性。
2002-02-19 quant-ph
Complete characterization of the directly implementable quantum gates used in the IBM quantum processors
对IBM量子处理器中使用的每个可直接实现的量子门进行量子过程层析成像以计算门误差,以便检查IBM引入的基于超导性的量子计算机中的复杂量子操作的可行性,并将这些门的质量与使用其他技术实现的相应门进行比较。对IBM QX 4处理器中的三种配置进行了C-NOT门的量子过程层析成像(QPT)。对于所有其他允许的门,已经针对每个允许的位置执行了QPT(即,通过将门放置在不同的量子位线中),并且因此,对于单量子位和2量子位门两者,都获得了门的量子数。观察到栅极结晶度低于在其他技术(如NMR)中获得的相应值。此外,通过将栅极放置在第三量子位线($q[2]$)中,获得了IBM QX 2架构的所有单量子位栅极的栅极集成度。据观察,IBM QX 4架构在所有情况下都产生比IBM QX 2更好的栅极保真度,除了$\operatorname{Y}$栅极的情况,就对应于第三量子位线的栅极保真度而言。总的来说,这里进行的分析得出的结论是,相当大的技术改进将是不可避免的,以实现复杂的量子操作所需的可扩展性。
2018-07-25 quant-ph
Approximate separation of quantum gates and separation experiments of CNOT based on Particle Swarm Optimization algorithm
Ying设想使用两个或多个小容量量子计算机通过量子并行编程产生更大容量的量子计算系统([M. S. Ying,Morgan-Kaufmann,2016])。这样做的主要障碍是将整个电路中的量子门分开,以产生局部门的张量积。已经表明,存在很少的可分离的多体量子门,所以近似分离问题涉及到找到近似于给定的不可分离门的局部量子门。我们提出并研究了一个基于量子门保真度的多体门近似分离问题。对于给定的多部门和局部门,我们的结论是,较小的是任意一对特征值的产品之间的最大距离,更大的是他们的门保真度。这提供了近似分离的标准。最后,我们讨论了CNOT门的最佳近似分离。
2022-01-15 quant-ph
Lazy Quantum Walks with Native Multiqubit Gates
University of Strathclyde(斯特拉斯克莱德大学)
本文提出量子半加器门方法用于量子漫步,比较原生双量子位门与多量子位门实现,通过模拟指出多量子位门在特定条件下具有优势。
2026-04-15 quant-ph
A heralded quantum gate between remote quantum memories
我们证明了一个概率纠缠量子门之间的两个遥远的被困镱离子。该门在超精细“时钟”状态原子量子比特之间实现,并通过携带频率编码量子比特的两个发射光子的干涉来介导。通过这两个光子的符合探测,门具有90 ± 2%的平均保真度。这种纠缠门与单量子比特操作一起足以产生用于可扩展量子计算的大纠缠簇态。
2009-02-12 quant-ph
Implementing Quantum Gates Using Length-3 Dynamic Quantum Walks
众所周知,任何量子门都可以分解为通用门集合{T,H,CNOT},并且最近的结果表明,这些门中的每一个都可以使用动态量子行走来实现,动态量子行走是一系列图上的连续时间量子行走。然而,这种将量子门转换为动态量子行走的过程可能导致长序列的图。为了缓解这个问题,在本文中,我们开发了一个长度为3的动态量子行走,它可以实现任何单量子比特门。此外,我们扩展了这个结果,给出了长度为3的动态量子行走,实现了由任何数量的量子位控制的任何单量子位门。使用这些,我们实现德雷珀的量子加法电路,这是基于量子傅里叶变换,使用动态量子行走。
2021-09-30 quant-ph
State-Based Quantum Operations: Chameleon Gates
Chameleon Computing
该研究提出作为常规量子受控门推广的变色龙门,其含决定操作的量子旋钮,可实现非幺正变换,还提出其实现方式并将其作为SBQC框架的模块,成功模拟态依赖量子演化。
2026-09-07 quant-ph
Design of gates for quantum computation: the three-spin XOR gate in terms of two-spin interactions
我们提出设计多自旋量子门,其中输入和输出两态系统(自旋)不一定相同。我们描述了这样的研究的动机,然后推导出一个明确的一般双自旋相互作用哈密顿量,它完成了三个自旋系统的量子异或门函数:两个输入和一个输出。
1998-08-31 quant-ph
Experimental Teleportation of a Quantum Controlled-NOT Gate
量子门的隐形传态是实现量子网络和基于隐形传态的量子计算模型的关键步骤。我们报告了一个实验演示的原型量子控制非(CNOT)门的隐形传态。借助于线性光学操纵、参量下转换产生的光子纠缠和符合测量,我们将量子CNOT门从作用于本地量子比特传送到作用于远程量子比特。通过量子过程层析成像的方法表征了量子门隐形传态的质量,证明了隐形传态门的平均保真度为0.84。
2004-08-02 quant-ph
A Lecture on Quantum Logic Gates
本文对量子逻辑门中的n重控制幺正门的构造作一简要评述。
2001-01-13 quant-ph
A generalized quantum SWAP gate
SWAP门在量子比特量子计算的网络设计中发挥着核心作用。然而,存在将量子比特量子计算推广到更高维量子系统的观点。本文构造了一种广义交换门,它只利用广义控制非门的实例对$d$素数的$d$量子点的状态进行循环置换.
2011-02-23 quant-ph
Complete Characterization of a Quantum Process: the Two-Bit Quantum Gate
我们展示了如何在一个开放量子系统中充分刻画一个量子过程。我们将该过程具体化到量子计算机中的通用双量子比特门的情况。我们以离子阱量子计算机中的一个量子门为例说明了这种方法。
1996-11-10 quant-ph
Scaling Ion Trap Quantum Computation through Fast Quantum Gates
我们提出了一种方法来实现可扩展的量子计算的基础上的快速量子门上的一个阵列的捕获离子,而不需要离子穿梭。条件量子门获得任何相邻的离子通过自旋依赖的加速离子从周期性的光子踢。门被证明是强大的阵列中的所有其他离子的影响和不敏感的离子的温度。
2004-01-29 quant-ph
Analytic solutions for quantum logic gates and modeling pulse errors in a quantum computer with a Heisenberg interaction
我们分析和数值计算量子逻辑门在一维自旋链海森堡相互作用。针对基于逻辑量子比特的量子计算机,给出了基本单量子比特门和交换门的解析解。我们计算了实现量子逻辑门的不完美脉冲所引起的误差。数值计算表明,概率误差与$ε^4$成正比,相位误差与$ε$成正比,其中$ε$是与理想脉冲宽度的特征偏差。
2003-11-21 quant-ph
Quantum-gate decomposer
多量子位门的有效分解在NISQ应用中是必不可少的,其中门的数量或电路深度是有限的。本文给出了典型的多量子比特门CCZ和CCCZ门在几种量子比特连通性下的有效分解。当量子比特为正方形时,我们可以构造出只有四个CZ深度的CCZ门,其中包括一个辅助量子比特。在T形量子比特连通性中,没有闭环,我们可以将CCCZ门分解为17个CZ门。虽然以前的研究表明,CCCZ门分解与14 CZ门的全连接的情况下,我们发现只有四个连接是足够的14 CZ门的实现。我们设计了一种优化方法,使参数化的量子线路更接近目标量子门,以帮助搜索约束充分的分解。我们可以应用这个方案来分解任何量子门,而不仅仅是CCZ和CCCZ。多量子比特门的这种分解,连同新发现的CCZ和CCCZ分解,缩短了量子线路的执行时间,并提高了在不久的将来QPU上的复杂量子算法的准确性。
2021-09-27 quant-ph
Geometric quantum gates robust against stochastic control errors
我们分析了一个量子计算的方案,其中量子门可以从标准的动态门到纯几何门连续变化。这些门是通过控制一组受不必要的随机波动的参数来制定的。这种噪声导致偏离理想情况,可以通过门保真度来量化。我们发现,这种保真度的最大值对应于量子门与消失的动力学相位。
2004-07-22 quant-ph
Experimental protection of quantum gates against decoherence and control errors
实现量子器件的最大挑战之一是要求执行精确的量子门。与环境相互作用的破坏性影响是精确量子控制必须克服的一些最困难的障碍。在这项工作中,我们实现了一个原理性的实验证明量子门的波动环境中使用动态去耦技术保护。我们证明了在应用量子门的过程中可以降低退相干。即使选通时间超过退相干时间一个数量级,也可以实现高保真度的量子门。
2012-06-13 quant-ph
Realization of a General Three-Qubit Quantum Gate
我们证明了一个通用的三量子位量子逻辑门可以实现使用最多98个一量子位旋转的$y$ -和$z$ -轴和40个CNOT门,击败了64个CNOT门的早期限制。
2004-01-30 quant-ph
Design and optimisation of quantum logic circuits for a three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm implemented with optically-controlled, solid-state quantum logic gates
我们分析了量子逻辑电路的设计和优化,适用于基于光控固态量子逻辑门的三量子比特量子计算原型的实验演示。在这些门中,由供体的电子自旋携带的两个量子比特之间的相互作用由放置在它们附近的控制粒子的光激发介导。首先,我们用几何方法分析这些量子门的纠缠特性。然后,使用遗传编程算法,我们开发电路的改进Deutsch-Jozsa算法调查不同的策略,以获得短的总计算时间。我们测试了两种不同的方法,基于使用不同的纠缠门与最短的门计算时间,然而,不引入泄漏的量子信息的控制粒子。第一组利用控制相位门的快速近似作为纠缠门,而另一个任意纠缠门与第一组相比具有更短的门计算时间。我们已经确定了电路,始终较短的总计算时间时,使用受控相位门。
2009-10-09 quant-ph
A Unified Quantum NOT Gate
研究了当量子态位于布洛赫球上两个纬度之间时实现量子非门(近似)的可行性,并给出了优化的1到$M$量子非门的解析公式。我们的结果推广了以前关于量子态均匀分布在整个Bloch球上以及相位协变的量子态的量子非门的结果。我们还表明,这种1到$M$优化的非门可以通过矩阵乘积状态(MPS)使用顺序生成方案来实现。
2008-12-02 quant-ph
Improved Quantum Cost for n-bit Toffoli Gates
基于Barenco提出的实现方法,我们提出了一种n位Toffoli门量子线路,其中一些Toffoli门在其构造中被Peres门所取代.这导致显著的成本降低。我们的主要贡献是一个量子线路,它模拟了(m+1)位Toffoli门与32 m-96基本量子门和一个垃圾位,这是通过不变。本文是我们最近的期刊出版物的更正和扩展版本。
2004-03-05 quant-ph
Generalized quantum XOR-gate for quantum teleportation and state purification in arbitrary dimensional Hilbert spaces
本文给出了量子异或门在任意维希尔伯特空间中的推广。与单粒子傅立叶变换一起,该门能够执行各种任务,这些任务对于任意维希尔伯特空间中的量子信息处理是重要的。这些任务包括贝尔态的制备、量子隐形传态和量子态纯化。提出了一种基于非线性光学元件的广义异或门的物理实现。
2000-08-03 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
Quantum interrogation logic gates
量子询问可以作为量子信息的基本资源。本文介绍了它在纠缠产生和光量子计算中的应用。从光子到粒子的量子询问CZ门出发,推导出三种光学CNOT门。这些门是非破坏性的,并且可以以任意接近1的概率工作。一个可能的实验实现与原子系综进行了讨论。
2009-01-29 quant-ph