Quantum Anomaly Detection with a Spin Processor in Diamond
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Key Laboratory of Microscale Magnetic Resonance（中国科学院微观磁共振重点实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics（中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心）
本文利用三量子位自旋处理器对音频样本编码的量子态进行异常检测，通过少量正常样本训练实现15.4%的最小误判率，展示量子异常检测在机器学习任务中的潜力。
2024-03-03 physics.data-an quant-ph
Fault-tolerant protection of near-term trapped-ion topological qubits under realistic noise sources
在近期有噪声的量子处理器中证明有益的量子纠错的探索可以极大地受益于容错方案的低资源优化，该容错方案是专门为考虑最新技术能力和主要噪声源的特定平台设计的。在这项工作中，我们表明，标记量子位为基础的容错技术的主动错误检测和纠正，以及编码的逻辑量子比特，可以利用在当前的设计中的捕获离子量子处理器，以实现这一盈亏平衡点的有益的量子纠错。我们对相关噪声源的改进描述，以及实现这些基于标记的协议的详细时间表，提供了迄今为止容错量子处理器最完整的微观表征之一。通过大量的数值模拟，我们提供了一个比较研究的标志和猫为基础的量子纠错的方法，并表明，前者的优越性能可以成为一个里程碑，在短期内成功的量子计算与噪声捕获离子设备。
2019-11-04 quant-ph
Deep Learning-Optimized, Fabrication Error-Tolerant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Scalable On-Chip Diamond Quantum Systems
本文提出基于卷积神经网络的深度学习优化方法，用于设计容制造误差的金刚石光子晶体纳米束腔，在保持高品质因子的同时提升色心耦合效率，推动可扩展片上金刚石量子系统的高良率制造。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Experimental Characterization of Fault-Tolerant Circuits in Small-Scale Quantum Processors
在开放访问的基于云的IBM Quantum设备上进行的实验使用$[4,2,2]$编码的门序列来表征其容错性。在IBMQ Bogota和IBMQ Santiago器件中激活了多达100个逻辑门，我们发现，对于大于10个门的门序列，$[4,2,2]$代码的逻辑门集可能被视为容错。然而，某些电路不满足容错标准。在某些情况下，编码门序列显示出在$\approx 0.1$处有下限的高错误率，由此这些电路中固有的错误不能通过经典的后选择来减轻。一个简单的误差模型的实验结果的比较表明，占主导地位的门错误不能很容易地表示流行的泡利误差模型。最后，它是最准确的评估容错标准时，测试的电路被限制到那些产生一个低维的输出状态。
2021-12-08 cs.IT math.IT quant-ph
Experimental fault-tolerant universal quantum gates with solid-state spins under ambient conditions
量子计算在某些问题上比经典计算提供了更大的加速。量子计算的关键挑战之一是在存在噪声的情况下实现对量子系统的精确控制。在环境条件下，以容错量子计算所需的精度控制固体中的自旋量子比特仍然是难以捉摸的。在这里，我们定量表征噪声源在量子门操作和演示策略，以抑制这些影响。本文报道了一组在金刚石中氮空位中心的通用逻辑门，其平均单量子位门保真度为0.999952，双量子位门保真度为0.992。通过复合脉冲和优化的控制方法，在室温下在天然丰富的13 C金刚石中实现了这些高控制结晶度。
2015-11-26 quant-ph
Experimental Benchmarking of a 256-Qubit Room-Temperature NV-Diamond Quantum Processor with an Optically Programmable Biomolecular Quantum Bus
Dynex Quantum Technologies AG（Dynex量子技术股份公司）；SENAI CIMATEC University（SENAI CIMATEC大学）
该研究报告了256比特室温NV-金刚石量子处理器Zeus-256，采用光可编程生物分子量子总线，通过多类基准测试验证其性能，目标扩展至9984个逻辑量子比特，未确立量子优势。
2026-10-14 quant-ph
Fault-tolerant Quantum Communication with Minimal Physical Requirements
我们描述了一种新的协议，量子中继器，使长距离量子通信，通过现实的，有损耗的光子信道。与以前的建议相反，我们的协议在每个中继站仅使用两个量子位的协议的每一步都采用了主动净化的任意错误。由于这些最小的物理要求，本协议可以实现在简单的物理系统，如固态单光子发射器。作为一个例子，我们展示了如何在钻石中的氮空位色心可以用来实现该协议，使用核和电子自旋形成两个量子位。
2005-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling Nitrogen Vacancy Centers in Diamond to Superconducting Flux Qubits
提出了一种实现金刚石中氮空位中心与超导磁通量子比特相干耦合的方法。由此产生的耦合可以用来创建由通量量子位介导的远NV中心的自旋状态之间的相干相互作用。此外，磁耦合可以用于实现通量量子比特和NV中心的系综之间的量子信息的相干传输。这使得SC量子处理器能够长期存储，并且可能是SC量子比特与光之间的接口。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Identification of defects and the origins of surface noise on hydrogen-terminated (100) diamond
本研究通过STM成像与第一性原理模拟识别氢终止金刚石表面缺陷，揭示磁噪声与电荷俘获的微观起源，并验证CVD生长模型。
2024-05-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hamiltonian Phase Error in Resonantly Driven CNOT Gate Above the Fault-Tolerant Threshold
针对交换始终开启的 Silicon 量子处理器，本文提出测量并校正受控旋转门中受控相位相干误差的校准流程，通过随机化基准测试和门集层析成像验证其保真度突破容错阈值，并实现虚拟高保真受控相位门。
2023-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fault-tolerant quantum computation with a neutral atom processor
本文在256量子比特中性镱原子处理器上，利用错误向原子丢失的擦除转换、成像检测与原子移动，实现24个逻辑量子比特纠缠及28逻辑量子比特Bernstein-Vazirani算法，并获得优于物理层的错误率。
2025-06-09 physics.atom-ph quant-ph
Compact localized boundary states in a quasi-1D electronic diamond-necklace chain
该研究在准一维金刚石项链链中发现并实现了不衰减进入体态的紧凑局域零能边界态，为可编织的鲁棒量子比特提供了新途径。
2023-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
An 11-qubit atom processor in silicon
本文展示了一个由两个多核自旋寄存器通过电子交换耦合的11量子比特硅基原子处理器，实现了99.5%至99.99%的门保真度和超99%的贝尔态保真度，为容错量子计算奠定基础。
2025-06-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling discrete time crystals via single-site operations in zero-field diamond quantum simulators
本研究提出在零场金刚石量子模拟器中通过单比特操作设计多种离散时间晶体协议，消除偏置磁场对处理器自旋可控性的限制，实现具有不同周期性和寿命的DTCs，为多功能量子模拟提供新平台。
2024-12-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Hardware-Efficient Fault Tolerant Quantum Computing with Bosonic Grid States in Superconducting Circuits
本文综述玻色网格态编码，指出利用多模玻色量子比特可在单物理单元层面纠错、降低硬件需求，是超导电路实现MHz级容错门量子计算的最短路径。
2024-09-09 quant-ph
Diagonalization of large many-body Hamiltonians on a quantum processor
本文在超导量子处理器上使用Krylov量子对角化算法计算最多56个格点的二维量子多体系统本征能量，展示了该算法作为变分方法替代方案在大规模容错前实验中的潜力。
2024-10-03 quant-ph
Fully fault tolerant quantum computation with non-deterministic gates
在量子计算的某些方法中，量子位之间的操作是不确定的并且可能失败。例如，分布式量子处理器将通过将许多小组件联网在一起来实现可扩展性;组件之间的操作应该被假设为容易失败。在这种架构的逻辑限制下，每个组件仅包含一个量子位。在这里，我们得出的阈值容错量子计算在这种极端的范例。我们发现，计算支持非常高的失败率（超过90%），提供失败的预兆，同时未知错误的比率不应超过2在10^4操作。
2010-08-07 quant-ph
Error-Corrected Memory and Logic on a Heavy-Hex Superconducting-Qubit Processor
The University of Sydney（悉尼大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子T.J.沃森研究中心）；IBM Denmark（IBM丹麦）
本研究在含156个超导量子比特的重六角晶格处理器上，通过噪声感知量子纠错策略，使纠错存储与基于测量的逻辑的性能分别提升最高35%、56%，并实现了高保真容错逻辑。
2026-10-09 quant-ph
High-fidelity single-shot readout of single electron spin in diamond with spin-to-charge conversion
量子比特的高保真单次读出是容错量子计算和可扩展量子网络的关键组成部分。近年来，金刚石中的氮空位（NV）中心已经上升为上述应用的领先平台。目前NV电子自旋的单次读出依赖于低温下的共振荧光方法。然而，自旋翻转过程中断了光学循环转变，因此限制了读出保真度。在这里，我们介绍了一种自旋-电荷转换方法的近红外（NIR）光辅助抑制自旋翻转错误。该方法利用低温共振激发的高自旋选择性和光电离的高灵活性。在高应变和快速自旋翻转过程中，我们实现了NV中心电子自旋的单次读出的总体保真度$>$ 95%。随着进一步的改进，该技术有可能实现超过容错阈值的自旋读出保真度，并且还可能在集成光电子器件上找到应用。
2020-09-29 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon
核自旋是最早被考虑用于量子信息处理的物理平台之一，因为它们具有特殊的量子相干性和原子尺度的足迹。然而，它们用于量子计算的全部潜力尚未实现，这是由于缺乏将可扩展设备内的核量子位与具有足够保真度的多量子位操作相结合以维持容错量子计算的方法。在这里，我们展示了通用的量子逻辑操作使用一对离子注入的31 P施主核在硅纳米电子器件。通过对共享自旋的电子施加一个几何相位，得到了一个核双量子比特控制Z门，并利用它制备了纠缠态的Bell态，量子效率达到94.2（2.7）%.量子操作使用门集层析成像（GST）精确表征，产生高达99.95（2）%的单量子位平均门保真度，99.37（11）%的双量子位平均门保真度和98.95（4）%的双量子位制备/测量保真度。这三个指标表明，硅中的核自旋正在接近容错量子处理器所需的性能。然后，我们通过产生具有92.5（1.0%）保真度的Greenberger-Horne-Zeilinger三量子比特态来证明两个核和共享电子之间的纠缠。由于半导体中的电子自旋量子比特可以进一步耦合到其他电子或物理穿梭于不同的位置，这些结果为使用施主核和电子自旋的可扩展量子信息处理建立了可行的路线。
2022-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Digital quantum simulation of the BCS model with a central-spin-like quantum processor
本文提出一种在星形连接量子寄存器上数字模拟BCS模型的量子算法，仅用本征相互作用实现，并讨论了电路复杂度，通过经典模拟验证了动力学模拟效果。
2023-06-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistical phase estimation and error mitigation on a superconducting quantum processor
本研究在Rigetti超导量子处理器上实现统计相位估计，结合变分编译与多种误差缓解策略，提出能量估算新方法，将精度提升1-2个数量级，可在化学精度内估算小分子能量，验证了其在早期容错设备上的应用潜力。
2023-04-11 quant-ph
Fabrication of $^{15}\textrm{NV}^{-}$ centers in diamond using a deterministic single ion implanter
金刚石中的氮空位（NV）中心是几种重要量子技术的平台，包括传感，通信和基本量子处理器。在这封信中，我们证明了创建NV中心注入使用一个确定性的单离子源。为此，我们在Paul阱中同情地激光冷却单个$^{15}\textrm{N}_2^+$分子离子，并以5.9keV的能量提取它们。随后，离子以121（35）nm的横向分辨率聚焦，并且被注入到金刚石衬底中，而不通过孔或掩模进行任何空间过滤。在高温退火后，我们在共聚焦显微镜中检测NV中心，并确定约0.6\，$\%$的转换效率。$^{15}\textrm{NV}$中心的特征在于通过光学检测磁共振（ODMR）的超精细跃迁和相干时间。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Logic gates at the surface code threshold: Superconducting qubits poised for fault-tolerant quantum computing
量子计算机可以解决困难的问题--例如素因子分解、数据库搜索和量子模拟--但代价是需要保护脆弱的量子态不受错误的影响。量子纠错通过量子纠缠在许多物理量子比特之间分配逻辑状态来提供这种保护。超导性是一个吸引人的平台，因为它允许构建大型量子线路，并且与微加工兼容。对于超导量子比特，表面码是纠错的自然选择，因为它只使用最近邻耦合和快速循环的纠缠门。门保真度要求是适度的：每步保真度阈值仅约为99%。在这里，我们展示了超导多量子位处理器中的一组通用逻辑门，实现了99.92%的平均单量子位门保真度和高达99.4%的双量子位门保真度。这将约瑟夫森量子计算置于表面码纠错的容错阈值。我们的量子处理器是迈向表面码的第一步，它使用五个量子比特以线性阵列排列，并具有最近邻耦合。作为进一步的演示，我们使用完整的电路和全套门构造了一个五量子比特的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。结果表明，约瑟夫森量子计算是一种高保真度的技术，有一个清晰的路径，以扩大到大规模，容错量子线路。
2014-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Demonstrating a universal logical gate set in error-detecting surface codes on a superconducting quantum processor
本研究针对超导系统中表面码逻辑量子比特两量子比特门缺失的问题，用处理器\textit{Wukong}在距离-2表面码上实现通用逻辑门集合，含横向CNOT与任意单量子比特旋转门，还容错制备逻辑贝尔态，证实纠缠，推动超导容错量子计算发展。
2024-11-27 quant-ph
A superconducting surface-code processor with lattice-surgery logical operations
Zhejiang University（浙江大学）；China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院）
实验实现了两个距离三的表面码逻辑量子比特间的晶格手术操作，展示了逻辑贝尔态制备、两比特Deutsch-Jozsa算法及非克利福德门，验证了晶格手术在近表面码架构中的实用性。
2026-06-04 quant-ph
Simulating Majorana zero modes on a noisy quantum processor
相互作用费米子系统的模拟是量子计算机最令人期待的应用之一。最有趣的模拟将需要一台容错的量子计算机，而构建这样的设备仍然是一个长期目标。然而，现有噪声量子处理器的能力已经稳步提高，引发了人们对运行模拟的兴趣，这些模拟虽然不一定是经典的棘手问题，但可以作为设备基准，并有助于阐明在近期设备上实现实际应用的挑战。非相互作用的费米子系统非常适合于这些目的。虽然它们在量子处理器上模拟时显示出丰富的物理特性并产生高度纠缠态，但它们的经典易处理性使实验结果即使在通常违背经典模拟的大系统尺寸下也能得到验证。在这项工作中，我们使用一个嘈杂的超导量子处理器，准备马约拉纳零模式的Kitaev链哈密顿，非相互作用的费米子模型的本征态。我们的工作建立在以前的实验与非相互作用的费米子系统。以前的工作表明，错误缓解技术适用于斯莱特行列式的特殊情况。在这里，我们将展示如何将这些技术扩展到一般费米子高斯态的情况下，并通过在多达7个量子比特的系统上准备马约拉纳零模式来演示它们。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
A programmable two-qubit quantum processor in silicon
随着量子比特测量和控制精度超过容错阈值，许多注意力正转向将物理量子比特的数量按比例增加到容错量子计算所需的大量数量的艰巨任务。这里，基于量子点的自旋量子位由于其高密度、全电操作和集成到工业平台上的潜力而可以提供显著的优点。在这个系统中，初始化，读出，单和双量子位门已被证明在各种量子位表示。然而，正如其他小规模量子计算机演示所看到的那样，将这些元素结合起来会带来新的挑战，包括量子位串扰、状态泄漏、校准和控制硬件，这些都为扩大规模提供了宝贵的见解。在这里，我们解决这些挑战，并通过执行Deutsch-Josza和Grover搜索算法来演示硅中的可编程双量子位量子处理器。此外，我们还通过对Bell态的量子态层析，测量了态的纠缠度在85-89%之间，并发度在73- 80%之间，从而在我们的处理器中消除了纠缠。这些结果为使用限制在量子点上的自旋的更大规模量子计算机铺平了道路。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal high-fidelity quantum gates for spin-qubits in diamond
该工作针对金刚石氮-空位中心电子与核自旋两比特系统，设计并演示了完整高保真门集，单比特保真度达99.999%，两比特达99.93%，为大规模色心量子处理奠定基础。
2024-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modeling quantum noise for efficient testing of fault-tolerant circuits
了解量子线路的容错特性对于大规模量子信息处理器的设计具有重要意义。特别是，模拟编码电路的性能是研究噪声模型，编码方案和阈值之间关系的重要工具。对于一般电路和噪声模型，这些模拟在编码电路的大小上很快变得难以处理。我们介绍了一个噪声过程的近似方法，它允许有效的蒙特卡罗模拟的编码电路的性能。近似值尽可能接近原始过程，而不会高估它们保留量子信息的能力，这是获得更诚实的阈值估计的关键属性。我们数值说明了各种物理相关的噪声模型的方法。
2012-06-23 quant-ph
Superconducting processor design optimization for quantum error correction performance
本文提出一个跨越哈密顿量与量子纠错层次的多级模拟框架，支持梯度计算，用于超导处理器设计优化，并揭示空间相关幺正误差对逻辑错误率的重要影响。
2024-03-20 quant-ph
A programmable two-qubit solid-state quantum processor under ambient conditions
量子计算机利用物理状态的叠加和纠缠，在解决具有技术影响的问题方面可能优于经典计算机，例如分解大量数据和搜索数据库。量子处理器通过将可编程的门序列应用于量子比特的初始化状态来执行算法，该初始化状态相干地演变成包含计算结果的最终状态。虽然具有几个量子比特的量子处理器已经在多个量子计算平台上得到了展示，但是在环境条件下实现固态可编程量子处理器仍然是难以捉摸的。在这里，我们报告了一个可编程的量子处理器，可以编程与15个参数，实现任意幺正变换的两个自旋量子位在金刚石的氮空位（NV）中心。我们实现了Deutsch-Jozsa和Grover搜索算法，平均成功率超过80%。这种可编程的双量子位处理器可以形成大规模量子处理器的核心组件，这里使用的方法适用于这样的设备。
2018-08-17 quant-ph
Roads towards fault-tolerant universal quantum computation
目前的实验正在向抗噪声逻辑量子比特迈出第一步。最重要的是，量子计算机不仅要存储信息，还要处理信息，容错的计算过程确保错误不会成倍增加和扩散。这篇评论比较了促进量子存储器到量子处理器的主要建议。我们比较魔态蒸馏，颜色代码技术和其他替代的想法，注意相对的资源需求。我们讨论了低维拓扑码的几个不可行的结果，并概述了在模块化架构中使用高维量子（LDPC）码的潜在回报。
2018-11-12 quant-ph
Diamond Integrated Quantum Photonics: A Review
金刚石中的集成量子光子器件在许多量子应用中具有巨大的潜力，包括长距离量子通信、量子信息处理和量子传感。这些设备受益于钻石卓越的热、光学和机械性能的结合。其宽的电子带隙使金刚石成为各种光学活性自旋量子位的理想宿主，这些量子位是量子技术的关键构建块。在具有里程碑意义的实验中，金刚石自旋量子比特已经实现了远程纠缠、存储增强量子通信和具有容错量子纠错的多量子比特自旋寄存器的演示，从而实现了多节点量子网络。这些进步使金刚石成为量子信息处理的固态材料平台的前沿。金刚石纳米纤维技术的最新发展为进一步将这些具有里程碑意义的实验扩展到现实生活中的量子技术提供了一条有希望的途径。在本文中，我们集中在创建集成金刚石量子光子器件的最新进展，特别强调自旋光子接口，腔光机械器件，和自旋声子转导。最后，我们讨论了在可扩展的量子技术中使用钻石的前景和仍然存在的挑战。
2022-07-18 physics.optics quant-ph
Experimental Demonstration of High-Fidelity Logical Magic States from Code Switching
该研究在离子阱量子处理器上首次实验演示了色码间的码切换，制备出高保真逻辑魔态，其不保真度低于物理操作，为通用容错量子计算提供了关键原语。
2025-10-15 quant-ph
Scalable Fault-Tolerant Quantum Technologies with Silicon Colour Centres
本文提出基于硅T中心色心自旋的统一量子架构，借助纳米光子链路和高连接图实现高质量纠缠分发，并支持低开销量子纠错，以推进可扩展容错量子计算与网络。
2023-11-08 quant-ph
Fault-tolerant quantum computation with constant overhead for general noise
University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本文提出在一般噪声模型下实现容错量子计算的常数开销方法，通过QLDPC码和容错纠错方案，扩展了容错计算的理论基础。
2025-12-02 quant-ph
Optimal control of fast and high-fidelity quantum gates with electron and nuclear spins of a nitrogen-vacancy center in diamond
金刚石中带负电荷的氮空位（NV）中心被认为是一种良好的固态量子比特。由NV中心的电子自旋和超精细耦合的氮以及另外附近的碳核自旋组成的系统可以形成用于量子信息处理或作为量子中继器中的节点的若干量子位的量子寄存器。已经报道了几个关于混合电子和核自旋寄存器的令人印象深刻的实验，但到目前为止所实现的量子效率还没有达到或低于容错量子计算（FTQC）所需的阈值。利用基于Krotov方法的量子最优控制理论，在考虑泄漏态、邻近噪声量子比特和远处自旋影响的情况下，我们可以在FTQC的通用量子门集合中实现快速、高保真的单量子比特和双量子比特门，其误差小于FTQC阈值定理所要求的误差.
2015-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental magic state distillation for fault-tolerant quantum computing
任何用于量子信息处理的物理量子设备在实现时都会出现错误。为了可靠和高效，量子计算机将需要纠错或避免错误的方法。通过量子纠错实现的容错将是量子计算机不可或缺的一部分。在已经发现的实现它的许多方法中，一个非常成功的方法是使用横向门和特定的初始状态。其实现的一个关键要素是高保真初始状态的可用性，例如|0>和魔法状态。在这里，我们报告了一个实验，在核磁共振（NMR）量子处理器中进行，显示出足够的量子控制，以提高不完美的初始魔术状态的保真度，通过蒸馏五个他们到一个具有更高的保真度。
2011-03-11 quant-ph
Fault-tolerant structures for measurement-based quantum computation on a network
本文提出在网络环境中构建容错MBQC架构的方法，通过稳定子模拟器评估错误阈值，发现菱形晶格优于立方晶格，并证明非立方晶格的高擦除阈值可结合纠缠蒸馏提升分布式量子计算性能。
2025-04-17 quant-ph
Could one make a diamond-based quantum computer?
我们评估了基于钻石的量子计算机的路线，在那里我们特别关注可扩展的设备，至少有10个链接的量子门。这样的计算机应该满足脱浓enzo规则，并且可以在适宜的温度下使用。我们研究的具体例子是基于电子自旋的光学控制。对于一些这样的设备，核自旋提供了额外的优势。由于已经有了基本的初始化和读出的演示，我们的重点是两个量子位量子门操作的路线和可能10-20个这样的门的连接。我们分析了掺杂剂的性质，特别是含有N和P的中心，并给出了结果，使用简单的范围计算的关键相互作用决定门的性能。我们的结论是谨慎乐观的：也许有可能开发出一种在低温以上工作的有用的量子信息处理器。
2009-04-30 quant-ph
Benchmarking quantum error-correcting codes on quasi-linear and central-spin processors
我们评估小的纠错码的性能，我们定制的硬件平台非常不同的连接性和一致性：在超导处理器的基础上transmon量子位和自旋电子量子寄存器组成的氮空位中心的钻石。考虑到硬件特定的错误和连接，我们调查的依赖关系，所产生的逻辑错误率的平台功能，如本地门，本地连接，门时间，和一致性时间。使用给定硬件参数化的标准误差模型，当在超导量子设备上运行代码时，我们模拟性能并将这些预测与实验结果进行基准测试。结果表明，对于小程序，超导装置的准线性布局是有利的。然而，对于涉及多量子比特控制操作的代码，色心的中心自旋连接性使得错误率更低。
2022-07-13 quant-ph
Quantum Networks Using Color Defects in Diamond: Principles, Progress, and Perspectives
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Ferdinand-Braun-Institut (FBH)（费迪南德·布劳恩研究所）；Northwestern University（西北大学）；Center for Photonic Communication and Computing, Department of Electrical and Computer Engineering, Northwestern University（西北大学电气与计算机工程学院光子通信与计算中心）；Center of Excellence for Quantum Information, Computing Science and Technology, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校量子信息、计算科学与技术卓越中心）
本文综述了利用金刚石色心缺陷构建量子网络的原理、进展与挑战，重点讨论了其光学和自旋特性、量子网络构建模块以及城域量子网络的演示。
2026-05-28 quant-ph
Circuit Design for a Star-shaped Spin-Qubit Processor via Algebraic Decomposition and Optimal Control
针对星形拓扑量子设备，提出基于代数分解与最优控制的电路设计算法，并在氮-空位中心平台上数值验证其可行性。
2025-06-20 quant-ph
Lattice surgery with Bell measurements: Modular fault-tolerant quantum computation at low entanglement cost
本文提出一种基于贝尔测量的晶格手术协议，用于模块化容错量子计算，通过交替门序列抑制钩子错误，在广泛噪声范围内节省40%纠缠资源，并适用于任何跨模块量子电路。
2025-10-15 quant-ph
A Phononic Bus for Coherent Interfaces Between a Superconducting Quantum Processor, Spin Memory, and Photonic Quantum Networks
介绍了一种通过压电换能器连接的声学总线实现超导微波量子比特与固态人工原子的基态自旋系统之间的高保真量子态转换的方法。应用目前的实验参数超导电路量子比特和金刚石硅空位中心在一个优化的声子腔，我们估计量子态转换保真度超过99\%，在MHz尺度的带宽。通过结合超导电路量子计算和人造原子的互补优势，混合架构提供高保真量子比特门，其具有长寿命量子存储器、高保真测量、大量子比特数、可重构量子比特连接以及通过光量子网络的高保真状态和门隐形传态。
2020-03-18 quant-ph
Artificial Neural Network Syndrome Decoding on IBM Quantum Processors
本文在IBM量子处理器上开发并基准测试ANN综合征解码器，验证其可处理重六边形码数据并施加纠错，同时指出当前错误率高于阈值的限制。
2023-11-26 quant-ph
Probabilistic error cancellation with sparse Pauli-Lindblad models on noisy quantum processors
针对大型量子电路中相关噪声学习困难阻碍概率误差消除（PEC）实验实现的问题，提出可扩展的稀疏 Pauli-Lindblad 噪声模型学习与反转协议，在含串扰错误的超导量子处理器上演示了 PEC，为更大电路体积下实现无噪声观测量计算奠定基础。
2022-06-23 quant-ph
Narrow-linewidth tin-vacancy centers in a diamond waveguide
将固态量子发射器与光子电路集成是实现大规模量子光子处理器的关键。金刚石中带负电荷的锡空位（SnV $^-$）中心由于其优异的光学和自旋性质（包括窄线宽发射和长自旋相干时间）而成为量子发射体的有希望的候选者。SnV $^-$中心需要结合在光波导中，以有效地在芯片上路由它们产生的光子。然而，这种融合尚未实现。在这封信中，我们展示了SnV $^-$中心到纳米光子波导的耦合。我们实现这一设备，利用我们最近开发的浅离子注入和生长方法产生高品质的SnV $^-$中心和先进的准各向同性金刚石制造技术。我们确认这些技术的兼容性和鲁棒性，通过成功的窄线宽SnV $^-$中心（窄至$36\pm2$ MHz）的金刚石波导耦合。此外，我们研究了波导耦合SnV $^-$中心共振激发下的稳定性。我们的研究结果是一个重要的一步SnV $^-$为基础的芯片上的自旋光子接口，单光子非线性，光子介导的自旋相互作用。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Network Requirements for Distributed Quantum Computation
Alice & Bob
本文提出了一种基于最近邻连接量子比特的模块化架构，利用表面码和晶格手术技术实现容错量子计算，并通过测量传送和模拟推导出Shor算法在分布式架构上的可行性。
2026-08-18 quant-ph
Demonstration of measurement-free universal fault-tolerant quantum computation
在囚禁离子量子处理器上实验演示了无需线路中测量的容错通用逻辑操作工具箱，并基于状态注入在八量子比特码上容错实现了Grover量子搜索算法，为无测量量子计算提供了初步步骤。
2025-06-27 quant-ph
Almost fault-tolerant quantum machine learning with drastic overhead reduction
本文提出了一种部分量子错误校正方法，通过减少噪声影响，实现高精度的量子机器学习在嘈杂环境中的应用。
2025-11-07 quant-ph
Small, Highly Accurate Quantum Processor for Intermediate-Depth Quantum Simulations
模拟量子模拟被广泛认为是通往容错量子计算的一步。如果基于当前有噪声的硬件，模拟仿真器的精度将在仅仅几个时间步长之后降低，特别是在仿真可能表现出量子混沌的复杂系统时。在这里，我们描述了一个小的，高精度的量子模拟器和它的使用运行高保真度模拟的三个不同的模型哈密顿$>100$时间步长。虽然不能扩展到指数级大的希尔伯特空间，但该平台提供了系统探索量子模拟中动态、不完美和准确性之间相互作用所需的准确性和可编程性。
2020-06-09 physics.atom-ph quant-ph
Scalable Architecture for a Room Temperature Solid-State Quantum Information Processor
在过去的十年中，可扩展的量子信息处理器的实现已经成为基础科学和工程接口的核心挑战之一。在实现这一目标方面取得了很大进展。事实上，量子操作已经在几个捕获的离子量子比特上得到了证明，其他固态系统也在接近类似的控制水平。扩展这些技术以在具有更多量子位的较大系统中实现容错操作仍然是一个极具挑战性的目标，部分原因是当前实现的技术复杂性。在这里，我们提出并分析了一个可扩展的，固态量子信息处理器能够在室温或接近室温下工作的架构。该架构是适用于现实的条件下，其中包括无序和相关的退相干机制，并包括在连续的长度尺度的控制层次。我们的方法是基于最近的实验进展，涉及金刚石中的氮空位色心，并将提供非平衡多体量子系统的物理学的基本见解。此外，所提出的架构可以大大减轻严格的约束，目前限制了可扩展量子处理器的实现。
2010-12-13 quant-ph
