Fast Native Three-Qubit Gates and Fault-Tolerant Quantum Error Correction with Trapped Rydberg Ions
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；The University of Nottingham（诺丁汉大学）；Universität Tübingen（蒂宾根大学）
利用微波调制的瑞利德堡离子实现快速高保真三量子比特门，并展示其在容错量子纠错中的应用。
2025-12-18 quant-ph
Strategies for practical advantage of fault-tolerant circuit design in noisy trapped-ion quantum computers
本文分析囚禁离子容错通用门集实验，提出免测量前馈的确定性 Pauli 初始化电路，并证明实验校准的去极化模型可有效预测逻辑失败率。
2023-01-24 quant-ph
Crosstalk Suppression for Fault-tolerant Quantum Error Correction with Trapped Ions
实验性量子信息处理器中的物理量子比特不可避免地暴露于不同的噪声和缺陷源，这导致通常会积累的错误，从而阻碍我们可靠地执行长时间计算的能力。朝向可扩展和鲁棒的量子计算的进展依赖于利用量子纠错（QEC）来积极地对抗这些不期望的效应。在这项工作中，我们提出了一个全面的研究的串扰误差的量子计算架构的基础上的一个单一的字符串的离子限制的射频陷阱，并操纵单独寻址的激光束。这种类型的错误会影响旁观者量子位，理想情况下，旁观者量子位在应用以不同的有效量子位集寻址的单量子位和双量子位量子门期间应该保持不变。我们微观模型串扰误差的第一原理，并提出了一个详细的研究表明，使用一个相干与非相干的错误建模的重要性，此外，讨论策略，积极抑制这种串扰在门级。最后，我们研究了残余串扰误差对容错QEC性能的影响数值，确定了在近期捕获离子实验中需要达到的实验目标值，以达到低距离拓扑代码的有益QEC的盈亏平衡点。
2021-06-24 quant-ph
High-fidelity and Fault-tolerant Teleportation of a Logical Qubit using Transversal Gates and Lattice Surgery on a Trapped-ion Quantum Computer
本研究在Quantinuum H2囚禁离子量子处理器上首次演示了Steane码的容错态隐形传态，使用横向门和格点手术协议实现了高达0.989(2)的逻辑过程保真度。
2024-04-25 quant-ph
Below-threshold execution of fault-tolerant ripple-carry addition on a trapped-ion quantum computer
University of New Mexico（新墨西哥大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
该研究在Quantinuum的Helios-1囚禁离子量子计算机上，结合检错码与算法校验实现容错行波进位加法，使1位加法逻辑失败率大幅降低，多位加法器性能提升，长加法器达阈值以上执行。
2026-10-14 quant-ph
Design of a Universal Logic Block for Fault-Tolerant Realization of any Logic Operation in Trapped-Ion Quantum Circuits
提出了一种用于量子线路的物理映射工具，该工具可以生成最优的通用逻辑块（Universal Logic Block，ULB），使其能够以最小的延迟执行任何逻辑容错（logical fault tolerant，FT）量子操作。量子物理映射器解决的操作调度、放置和量子位路由问题高度依赖于彼此。更确切地说，调度解决方案由于可能由于操作调度而产生的资源压力而影响可实现的放置解决方案的质量，而操作放置和量子位路由解决方案由于前驱操作和当前操作之间的所得距离而影响调度解决方案，这进而确定路由延迟。所提出的用于量子物理映射器的流程通过应用（i）松散调度步骤来捕获这些依赖性，所述松散调度步骤将初始量子数据流图转换成明确捕获量子计算的无克隆定理的图，并且然后基于修改的力导向调度方法来执行指令调度以最小化资源争用和量子线路延迟，（ii）放置步骤，其使用定时驱动的指令放置来最小化近似路由延迟，同时对前述强制引导的调度器进行迭代调用，以根据需要校正量子操作的调度级别，以及（iii）路由步骤，其找到量子位的路由延迟的动态值。除了量子物理映射器之外，还提出了一种通过检查映射到不同ULB大小上的不同FT量子操作的延迟并使用关于目标量子算法的关键路径上的操作的发生频率的信息来加权这些延迟来确定目标量子线路的单个最佳ULB大小的方法。
2015-01-12 cs.ET quant-ph
Fault-Tolerant Quantum Computing with Trapped Ions: The Walking Cat Architecture
IonQ Inc.（IonQ公司）
本文提出了一种基于LDPC码的囚禁离子量子计算机架构，设计了高效的解码器和误差校正协议，展示了三种不同架构实例，实现了高逻辑量子比特数和高操作速率的容错量子计算。
2026-04-21 cs.ET quant-ph
Towards fault-tolerant quantum computing with trapped ions
今天，离子阱是最有前途的物理系统之一，用于构建量子设备，利用量子物理定律中固有的计算能力。量子计算的标准电路模型需要一组通用的量子逻辑门来实现任意的量子操作。在经典的计算模型中，量子纠错技术能够纠正门运算中的小缺陷，从而允许在存在噪声的情况下进行完美的计算。对于容错计算，通常认为，根据噪声模型和实现量子门的计算开销，将需要10^-4和10^-2之间的误差阈值。到目前为止，所有的实验性实现都达不到这些要求。在这里，我们报告了一个莫尔默-索伦森型门操作纠缠离子的保真度为99.3（1）%，它与单量子位操作一起形成了一个通用的量子门。门操作是在两个捕获的钙离子中编码的一对量子比特上进行的，使用单个调幅激光束同时与两个离子相互作用。一个强大的门操作，映射到最大纠缠态的可分离的状态，实现了通过动态切换激光离子耦合的打开和关闭。我们分析了一个单一的门和级联多达21门操作的性能。门机制不仅对双量子比特操作而且对多量子比特操作都有很大的希望。
2008-03-19 quant-ph
Scalable Error Correction in Distributed Ion Trap Computers
离子阱系统中量子计算的一个主要挑战是纠错和容错的可扩展集成。我们分析了一个分布式体系结构，节点内的快速高保真本地控制和节点之间的纠缠链路减轻长距离传输。我们展示了容错操作员的测量，用于纠错和非本地门。该方案很容易应用于线性离子阱，其不能按比例放大超过每个单个阱的几个离子，但其可以访问概率纠缠机制。一个概念验证系统，这是在目前的实验范围内。
2006-06-27 quant-ph
Refocusing two qubit gate noise for trapped ions by composite pulses
振幅噪声是影响双量子比特随机项的主要因素之一，它是影响高保真度两体门在容错阈值以下实现的主要障碍。这种噪声很难重新聚焦，因为任何重新聚焦技术只能处理频率低于操作速率的噪声。由于两个量子比特门速度通常是系统中最慢的速率，因此它构成了实现低于容错阈值的门的最后瓶颈。在这里，我们建议使用复合脉冲作为一种动态解耦的方法，以减少两个量子比特的门噪声的囚禁离子系统。这是通过重新聚焦超快纠缠门的构建块来完成的，其中振幅噪声被降低到拍摄到拍摄（STS）噪声。我们提出了详细的模拟表明，容错阈值可以实现所提出的方法。
2016-01-29 quant-ph
Experimental validation of a compact fault-tolerant architecture for trapped ions
Quantinuum
本研究基于[[20,2,6]] C₄-Helix码，在98量子比特离子阱处理器Quantinuum Helix上实验验证了一款容错架构，实现了低误差量子纠错、逻辑克利福德操作及跨码型接口，性能优于未编码基线。
2026-09-04 quant-ph
Detecting heat leaks with trapped ion qubits
最近，\textit{passivity}原理已被用来为具有热初态的微观量子系统的演化设定界限。在这项工作中，我们通过实验证明了两个基于被动性的框架的实用性：全局被动性和被动变形，用于检测“隐藏”或未知的环境。我们采用两个捕获离子量子比特进行幺正演化，这可能是可选的耦合到一个不可观察的环境量子比特。通过评估系统量子位的测量数据，我们表明，在热力学第二定律不成立的情况下，全局无源性可以验证与未观察到的环境（热漏）的耦合的存在。我们还表明，被动变形是更加敏感，检测热泄漏的全局被动失败。
2021-10-07 quant-ph
Fault-Tolerant Postselected Quantum Computation: Schemes
后选择量子计算与常规量子计算的区别在于，仅当测量结果满足预定条件时才接受输出。输出必须以非零概率被接受。提出了用噪声门实现后选择量子计算的方法。这些方法是基于错误检测码。在没有检测到错误的情况下，预期可以使编码计算任意精确。虽然成功的编码计算的概率显着降低精度，它是可能的应用所提出的方法准备任意稳定器状态的问题，在大型纠错码与本地残留错误。与远距传送纠错一起，这可以提高非后选量子计算的容错性。
2004-02-23 quant-ph
Parallel Entangling Operations on a Universal Ion Trap Quantum Computer
量子计算机的电路模型由量子比特（qubit）之间的门操作序列组成，这些序列来自通用的离散操作家族。执行并行纠缠量子门的能力在许多量子线路以及整个算法（例如Shor的因子分解算法和量子模拟）中提供了明显的效率增益。在诸如全加器和多控制Toffoli门的情况下，并行性可以在总体执行时间上提供指数级的改进。更重要的是，量子门并行性对于遭受空闲错误的量子比特的实际容错纠错是必不可少的。并行量子门的实现由于潜在的串扰而变得复杂，特别是在由共模总线完全连接的量子位之间，例如在库仑耦合的被俘获原子离子或腔耦合的超导传输中。在这里，我们提出了第一个实验结果的平行2量子比特纠缠门在一个阵列的完全连接的捕获离子量子比特。我们通过使用深度为4的量子线路在量子计算机上执行1位全加法运算来演示这种能力的应用。这些结果通过经典控制技术利用了高度连接的量子比特系统的能力，并为加速量子线路和实现捕获离子量子计算机的容错性提供了进展。
2018-10-29 cs.ET quant-ph
Method for Detecting Berry's Phase in a Modified Paul Trap
我们将Paul阱的时变电势从正弦波形修改为方波波形。在修正的Paul阱中，电子的精确量子运动和Berry相位被发现在一个解析封闭的形式。我们考虑了一个方案，以检测Berry的相位的Bohm-Aharonov型干涉实验，并指出一个关键的属性，使它切实可行。
1997-01-03 hep-th quant-ph
Detecting continuous spontaneous localisation with charged bodies in a Paul trap
连续自发局域化（英语：Continuous spontaneous localisation，CSL）是一种模型，它捕捉了量子理论的一类扩展的影响，这些扩展预计将由量子引力产生，并且是这样的，波函数坍缩是一个物理过程。这样一个过程的速率可能比迄今为止通过搜索设定的上限低得多，但仍然大大修改了量子力学的解释，解决了量子测量问题。因此，实验试图探索这一点。我们描述了一个实验，有可能延长CSL的灵敏度的许多数量级。该方法是检测加热的带电宏观物体的运动限制在保罗陷阱。讨论了检测方法和主要噪声源。我们发现，CSL与标准参数可以观察到使用振动隔离离子阱的大小为1厘米，在超低压，光学干涉检测。
2016-05-06 quant-ph
Diagnosis of single faults in quantum circuits
故障检测和隔离是量子线路综合的关键。在电路故障分析中通常采用的单故障假设下，我们证明了故障量子线路的行为可以完全由单故障门和相应的故障模型来描述。这使我们能够有效地确定测试输入状态，以及测量策略，可以用来检测每一个单门故障，使用非常少的测试用例，并以最小的错误概率;事实上，我们证明，最常用的量子门可以被隔离，没有任何错误下的单缺门故障（SMGF）模型。我们利用电路的量子特性，对现有的量子线路自动测试图生成（ATPG）方法进行了改进。
2015-12-16 quant-ph
Fault-Tolerant Error Correction with Efficient Quantum Codes
我们展示了一个简单的，系统的程序，使用任何最近报道的量子纠错码检测和纠正错误。该过程被明确地示出用于其中一个量子比特被映射成五个的代码。所得到的量子网络是容错的，也就是说，即使在纠错过程中出现错误，它们也可以成功地运行。我们的建设是使用最近推出的群论框架统一所有已知的量子码。
1996-08-23 quant-ph
Cyclone: Designing Efficient and Highly Parallel QCCD Architectural Codesigns for Fault Tolerant Quantum Memory
Duke University（杜克大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
Cyclone通过环形拓扑结构和同步辅助量子比特，实现高效并行的量子容错存储器设计，显著提升执行速度和代码性能。
2025-11-19 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
The Fibonacci scheme for fault-tolerant quantum computation
我们严格分析了Knill的容错量子计算Fibonacci方案，该方案基于由级联错误检测码保护的贝尔态的递归准备。我们证明了阈值故障率的下限为0.67 \times 10^{-3}的对抗性局部随机噪声，和1.25 \times 10^{-3}的独立去极化噪声。与其他具有可比的证明精度阈值的方案相比，斐波那契方案具有显着降低的开销成本，因为它更节省地使用后选择。
2008-12-17 quant-ph
Universal Fault-Tolerant Quantum Computation in the Presence of Spontaneous Emission and Collective Dephasing
提出了一种用于量子计算的通用和容错方案，其利用一类基于自发发射（例如，光子、声子和ripplons）。该方案与许多有前途的固态和量子光学量子计算机实现方案兼容，例如腔中的量子点，氦上的电子和捕获的离子。
2002-10-11 quant-ph
Fault-tolerant verifiable blind quantum computing with logical state remote preparation
可验证的盲量子计算允许具有较差量子设备的客户端以这样的方式将通用量子计算委托给远程量子服务器，即客户端的隐私受到保护并且服务器的诚实性得到验证。在现有协议中，客户端必须向服务器发送单量子位状态。这些状态可能会被信道噪声所消除。此外，客户端在服务器的寄存器中隐藏了一些“陷阱”量子位，以便客户端可以检测到服务器的偏差。然而，在现实中，这些陷阱量子位被服务器的不完美操作所干扰，这降低了客户端接受诚实服务器的概率。为了解决这些问题，我们提出了一个新的小工具，允许客户端远程准备编码的逻辑单量子比特状态在服务器的地方。重要的是，在我们的容错可验证盲量子计算协议中，客户端只需要$X$和$Z$基的物理单量子比特测量能力。
2017-11-13 quant-ph
Proposal for manipulating and detecting spin and orbital states of trapped electrons on helium using cavity quantum electrodynamics
我们提出了一个片上高精细度超导腔耦合到超流氦表面上单个电子的横向运动和自旋态。我们估计的运动相干时间超过15微秒，而能量将相干交换与腔光子在不到10纳秒的电荷状态和快于1微秒的自旋状态，使系统的量子信息处理和腔量子电动力学实验的吸引力。与腔光子的强相互作用将为远距离电子的非破坏性读出和耦合提供手段。
2010-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Fault-Tolerant Implementation of the Deutsch-Jozsa Algorithm
该研究利用$[[4,2,2]]$码在离子阱量子计算机上实现了Deutsch-Jozsa算法的容错版本，无需辅助比特，实验表明对所有预言机噪声平均降低近90%。
2025-09-10 quant-ph
Multiplexed bi-layered realization of fault-tolerant quantum computation over optically networked trapped-ion modules
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀恩特光学科学学院）；A. James Clark School of Engineering, University of Maryland（马里兰大学A·詹姆斯·克拉克工程学院）
研究基于光网络离子阱模块的容错测量量子计算架构，采用空间和时间多路复用生成拓扑保护的RHG团簇态，并分析双层实现中的码周期时间和离子资源需求。
2024-11-13 cs.DC quant-ph
Detection of vacuum entanglement in a linear ion trap
提出并研究了一种探测囚禁离子链中基态纠缠的方法，实现了量子场论中探测真空纠缠的方案。我们表明，通过发送耦合内部和运动自由度的激光脉冲，可以将单个离子或离子组之间的纠缠交换到两个离子的内部能级。这允许纠缠两个离子，而实际上不做门。该效应的原理证明可以用两个捕获的离子实现，并且用当前技术是可行的。
2005-02-15 quant-ph
Noise Analysis for High-Fidelity Quantum Entangling Gates in an Anharmonic Linear Paul Trap
在多量子比特系统中实现高保真度的量子门，其典型目标设定为99.9%，是实现容错量子计算的关键要求。为了达到这种保真度，需要仔细分析实验系统中的噪声和缺陷，并优化门操作以减轻其影响。在这里，我们考虑的容错量子计算的领先的实验系统之一，离子在非谐线性保罗陷阱，并优化纠缠量子门使用分段激光脉冲的援助下的所有集体横声子模式的离子晶体。我们提出了详细的分析各种内在的实验噪声的影响，以及不完善的实验控制的错误。通过显式计算，我们找到了实现多离子晶体中纠缠量子门99.9%的目标高保真度对这些相关噪声水平和控制精度的要求。
2018-05-31 quant-ph
A blueprint for fault-tolerant quantum computation with Rydberg atoms
我们提出了一个用里德伯原子构建容错通用量子计算机的蓝图。我们的方案，这是基于表面码，使用单独可寻址的光阱原子作为量子比特，并利用电磁诱导的透明度来执行所需的纠错和计算的多量子比特门。我们讨论了使用里德伯原子来构建这样的量子计算机的优点和挑战，并进行了纠错模拟，以获得我们的方案的错误阈值。我们的研究结果表明，里德伯原子是一个很有前途的候选人的量子计算，但门的性能需要提高容错通用量子计算可以实现。
2017-11-18 quant-ph
Medusa: Detecting and Removing Failures for Scalable Quantum Computing
Aalto University（阿尔托大学）
研究针对量子电路故障问题，提出美杜莎自动编译方法，利用标记预测错误、上界估计故障率并微调容错，经电路级去极化噪声评估及结构化量子电路基准测试，可降低量子纠错成本，降低大规模电路故障率。
2026-07-24 quant-ph
Universal fault-tolerant quantum computation with Bacon-Shor codes
提出了一种基于Bacon-Shor子系统码的由Hadamard和受控-受控-Z（CCZ）组成的容错通用门集。这些代码上的transmitting非Clifford门是有趣的，因为随着代码变得更加不对称，Clifford层次结构的更高级别变得可访问。例如，在适当的规范中，$m\times m^k$晶格上的培根-肖尔码具有横向$k$ -量子比特控制的$Z$。通过各种技巧，包括中间纠错和非泡利恢复，我们减少了容错CCZ所需的开销。我们计算我们的通用门设置最小的$3\times3$培根-肖尔代码的伪阈值，也比较我们的门与魔术状态的框架内提出的离子阱架构。
2017-05-04 quant-ph
Detecting arbitrary quantum errors via stabilizer measurements on a sublattice of the surface code
为了构建容错量子计算机，必须实现量子纠错码。这种代码依赖于提取关于量子错误伴随式的信息而不破坏系统中编码的量子信息的能力。稳定器码是这个问题的有吸引力的解决方案，因为它们类似于经典的线性码，具有简单且易于计算的编码网络，并且允许有效的伴随式提取。在这些代码中，通过多量子位稳定器测量来执行校正子提取，这些测量是直到本地操作的位和相位奇偶校验。在此之前，稳定码已经在原子核、俘获离子和超导量子比特中实现。然而，这些实现缺乏执行容错伴随式提取的能力，这对于所有物理量子计算系统来说仍然是一个挑战。在这里，我们通过实验证明了这个问题的关键一步，通过使用超导量子比特的2 × 2晶格，通过同时进行量子非破坏稳定器测量来执行伴随式提取和任意错误检测。该晶格表示用于表面码的原始瓦片，该表面代码是用于可扩展量子计算的有前途的稳定器代码。此外，我们成功地证明了在存在任意应用误差的情况下，通过高保真综合征测量，纠缠态的保持。我们的研究结果支持了采用超导量子比特晶格进行大规模容错量子计算的前景。
2014-10-23 quant-ph
Single-qubit-gate error below 10^-4 in a trapped ion
对于一个9 Be+俘获离子超精细态量子比特，我们证明了每个随机化单量子比特门的错误概率为2.0（2）x 10^-5，低于通常被认为足以用于容错量子计算的阈值估计10^-4。9 Be+离子被捕获在微制造的表面电极离子阱上方，并利用施加到阱电极的微波进行操纵。实现低单量子比特门错误是构建可扩展量子计算机的重要一步。
2012-04-19 quant-ph
Computing 256-bit elliptic curve discrete logarithms in 26 days on a fault-tolerant trapped-ion quantum computer with 20,000 qubits
IonQ Inc.（IonQ公司）
本文针对离子阱量子计算机，优化行走猫架构，使用Shor算法解决secp256k1上256位ECDLP，通过改进CCZ工厂、并行测量和损失校正，在约26天内用约2万物理量子比特达到63%成功率。
2026-09-09 quant-ph
Implementation of local and high-fidelity quantum conditional phase gates in a scalable two-dimensional ion trap
我们提出了一个方案，以实现高保真度条件相位门对被困离子浸没在一个二维库仑晶体，利用所有轴向模式介导的相互作用，没有边带寻址。通过数值计算表明，通过对激光束进行整形，仅能激发局域模实现纠缠门，从而使量子门的复杂度不随系统尺寸的增加而增加。这些结果为在二维陷阱结构中实现大规模容错量子计算提供了一种有希望的途径。
2009-11-10 quant-ph
A scalable, high-speed measurement-based quantum computer using trapped ions
我们描述了一个可扩展的，高速的，和强大的架构，用于基于测量的量子计算与捕获离子。基于测量的架构提供了一种通过并行化缓慢的纠缠操作并将速度要求转移到量子位的快速测量来显着加速量子计算机操作的方法。我们表明，一个适合于容错测量为基础的量子计算的三维集群状态可以实现在一个二维阵列的离子阱。我们提出了通过多光子光电离纳秒操作的离子的投影测量，并讨论了这样一个计划的可行性钙离子。
2009-05-01 quant-ph
Integrated Optical Approach to Trapped Ion Quantum Computation
最近的实验进展，量子信息处理与捕获的离子已经证明了大多数的基本要素，需要实现一个可扩展的量子计算机。下一组挑战在于实现大量量子位以及准备，操纵和测量它们的方法，从而导致错误保护量子位和容错架构。量子位的集成必然需要集成光学方法，因为这些操作中的大多数涉及与光子的相互作用。本文讨论了可扩展量子计算机物理实现所需的集成光学技术和具体的光学设计。
2008-12-15 quant-ph
Logical-qubit operations in an error-detecting surface code
研究在距离为2的逻辑量子比特上实现容错逻辑操作，包括初始化、测量和通用单量子比特门，通过过程层析成像量化容错优势，为迈向更高距离超导表面码的量子纠错奠定基础。
2021-02-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Fault-Tolerant Logical Gates in the IBM Quantum Experience
量子计算机将需要对量子信息进行编码，以保护它们免受噪声的影响。容错量子计算架构说明了如何做到这一点，但尚未显示出决定性的实际优势。在这里，我们证明了一个小的，但有用的错误检测代码提高了保真度的容错门在代码空间中实现的物理量子比特上实现的物理等效门的保真度相比。通过在[4，2，2]代码的逻辑代码空间中运行随机基准测试协议，我们观察到门的保真度有一个数量级的改善，两个量子比特的保真度从5.8（2）%下降到0.60（3）%。我们的结果是一致的容错理论，并最终证明的好处进行计算的代码空间，可以检测到错误。虽然容错门提供了一个令人印象深刻的改善保真度，计算作为一个整体是不低于容错阈值，因为噪声与此设备上的状态准备和测量。
2019-01-30 quant-ph
High-fidelity trapped-ion quantum logic using near-field microwaves
我们在一个室温微制造离子阱中演示了一个由近场微波驱动的双量子位逻辑门。我们测量的门保真度为99.7（1）\%，这高于容错量子计算所需的最低阈值。使用由陷阱电极产生的微波磁场梯度，将门直接应用于$^{43}$ Ca $^+$“原子钟“量子比特（相干时间$T_2^*\approx 50\,\mathrm{s}$）。我们介绍了一种动态解耦门方法，它稳定了量子比特对波动的交流。塞曼位移，避免了需要零微波场。
2016-06-27 quant-ph
Fault-tolerant quantum error detection
量子计算机最终将达到一定的规模，量子纠错变得势在必行。通过将单个逻辑量子比特编码在多个物理量子比特中，可以保护量子信息免受量子比特缺陷和有缺陷的控制操作的影响。这种冗余允许错误伴随式的提取以及随后的错误检测或纠正，而不会通过直接测量破坏逻辑状态本身。在这里，我们展示了一个容错的逻辑量子比特的编码和伴随式测量，通过一个错误检测协议的四个物理量子比特，由捕获的原子离子。这第一次证明了容错量子比特对用于编码它的操作中的缺陷的鲁棒性。面对大的附加错误率和实验校准误差，这种优势仍然存在。
2017-05-17 quant-ph
Universal Weakly Fault-Tolerant Quantum Computation via Code Switching in the [[8,3,2]] Code
University of Southern California（南加州大学）
本文提出一种基于[[8,3,2]]码的码切换协议，通过两种不同版本的码实现通用弱故障容错计算，利用Clifford单量子门和逻辑CCZ门，通过数值模拟验证其有效性。
2026-04-06 quant-ph
Detecting quantum vacuum fluctuations of the electromagnetic field
本研究分析电磁场量子真空涨落对简谐囚禁带电粒子的频率偏移与量子相干效应，评估长波、旋转波近似的作用，结合单电子回旋实验参数估算频移，提出真空相干探测路径，为相关实验与近似规范争议解决提供方向。
2024-09-18 quant-ph
Fault Tolerance with Bare Ancillae for a [[7,1,3]] Code
我们提出了一个[[7，1，3]]量子纠错码，它能够实现容错的综合征测量，每个稳定器使用一个辅助量子位，用于独立的单量子位泡利错误的错误模型。辅助量子位上的所有单量子位泡利错误传播以在数据量子位上形成唯一可校正的错误。对于具有两个量子位的泡利误差的误差模型，情况发生了变化。我们比较了两种噪声模型下的一级逻辑错误率：标准的泡利对称去极化误差模型和各向异性误差模型。各向异性模型是由通常应用于捕获离子量子位的双量子位门上的控制误差激发的。我们发现，一个辅助量子位每个综合征测量是足够的容错的各向异性错误，但不足以为标准的去极化错误。然后，我们展示了如何通过添加标记量子位来检查选择辅助量子位上的错误，从而实现对标准去极化错误的容错。我们在这个[[7，1，3]]代码上的结果展示了物理激励的噪声模型如何简化容错协议。
2017-10-03 quant-ph
Full quantum theory of control-not gate in ion-trap quantum computation
研究了场量子化后对离子阱量子计算的影响。首先给出了Cirac-Zoller格式中多次CNOT运算后场量子化失效概率的精确表达式。它与$|1\rangle_x |0\rangle_y$或$|1\rangle_x |1\rangle_y$在初始状态下的操作次数和振幅成正比，与$|0\rangle_x |0\rangle_y$或$|0\rangle_x |1\rangle_y$在初始状态下的平均光子数和振幅成反比。在考虑边带跃迁平均光子数限制的情况下，计算了系统的失效概率。当初始状态为$|1\rangle_x |0\rangle_y$或$|1\rangle_x |1\rangle_y$时，经过约$10^2$次的CNOT操作后，失败概率不小于$10^{-2}$，而$10^{-2}$是容错量子计算中已知的最大阈值。那么当初始状态为$|1\rangle_x |0\rangle_y$或$|1\rangle_x |1\rangle_y$时，同一对物理量子位上的CNOT门的数目在一个纠错周期内不应超过$10^2$，否则计算不能可靠地实现。这一结论有助于确定容错量子计算中一个纠错周期内编码和解码之间的CNOT操作数。
2015-11-26 quant-ph
Fault-tolerant quantum computing with a high-rate symplectic double code
针对[[30, 6, 5]]辛双重码提出高效容错编码器，以少量辅助量子比特降低资源开销并保持低逻辑错误率，支持任意态注入和通用量子计算，为近期实验中的高效容错量子计算提供可行路径。
2025-09-18 quant-ph
Majorana modes in trapped-ion system and their Floquet engineering
针对现有纳米线平台模拟马约拉纳费米子信号易受干扰的问题，提出囚禁离子系统的二聚化构型方案，可产生零能与非零能马约拉纳模式，并通过Floquet工程按需调控其数量，为容错量子计算提供新平台。
2024-05-22 cond-mat.supr-con quant-ph
High-fidelity preparation, gates, memory and readout of a trapped-ion quantum bit
我们实现了所有的单量子位操作的容错量子计算所需的最低阈值以上的显着，使用存储在超精细的“原子钟“状态的$^{43}$钙$^+$捕获离子量子位。我们测量了99.93%的组合量子位状态准备和单次读出保真度，$T^*_2=50$秒的存储器相干时间，以及99.9999%的平均单量子位门保真度。这些结果是在室温微加工表面阱中实现的，而不使用磁场屏蔽或动态去耦技术来克服技术噪声。
2014-10-07 quant-ph
High-fidelity ion-trap quantum computing with hyperfine clock states
我们提出了一个几何相位门的磁场不敏感量子比特与$\hatσ^z$依赖的力的捕获离子量子计算的实现。该力由拉曼配置中的两个激光束施加。量子位-状态依赖性通过从虚拟激发态的小频率失谐来实现。具有长辐射寿命的激发态的离子种类用于将自发光子发射的机会减少到小于10个$^{-8}$/门运行。这消除了先前实现的栅极失真的主要来源。利用该方案，似乎可以达到容错阈值。
2007-10-24 quant-ph
Fault-Tolerant Error Detection Above Break-Even for Multi-Qubit Gates
KBR, Inc.（KBR公司）
该研究展示了在离子阱量子计算机上，基于Iceberg码的容错错误检测在多量子位门电路中实现了超越盈亏点的错误检测，同时证明了在小规模电路中使用错误检测过滤错误运行的有效性。
2026-04-30 quant-ph
Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations
通过使用纠错码将逻辑量子信息冗余地编码成多个量子比特，可以保护量子计算机免受噪声的影响。当操纵逻辑量子态时，由不完美的操作引起的错误不会不受控制地通过量子寄存器传播是必要的。这要求量子寄存器上的所有操作服从容错电路设计，这通常增加了实现的复杂性。在这里，我们展示了一个容错的通用门集的两个逻辑量子比特的离子阱量子计算机。特别是，我们利用最近推出的范式的标志容错，在那里的存在或不存在的危险错误预示着使用几个辅助的“标志”量子位。我们在两个七量子位色码的实例之间执行逻辑两量子位hocT门，并且我们还容错地准备逻辑魔术状态。然后，我们通过从一个逻辑量子比特到另一个量子比特的隐形传态注入魔态来实现容错逻辑T门。我们观察到的标志性功能的容错，一个优越的性能相比，非容错的实现。结合最近证明的重复量子纠错循环，这些结果打开了纠错通用量子计算的大门。
2022-11-02 quant-ph
Errors in trapped-ion quantum gates due to spontaneous photon scattering
我们分析了在囚禁离子、超精细量子比特、量子门中由于光子从门激光束的自发散射而引起的误差。我们研究了基于受激拉曼跃迁的单量子比特旋转和基于自旋相关的光偶极力的双量子比特纠缠相位门。这种错误之间的比较不同的离子物种目前正在研究可能的量子信息载体。对于这两种门类型，我们表明，与现实的激光功率的散射误差可以降低到低于当前的容错误差阈值的估计。
2007-01-30 quant-ph
High-performance in-vacuum optical system for quantum optics experiments in a Penning-trap
本文设计并表征了一套用于 7 T Penning 阱的真空内光学系统，以探测单个钙离子及 Coulomb 晶体的 397 nm 荧光，实现衍射极限成像和微米级分辨。
2024-06-11 physics.ins-det quant-ph
Detecting phonon blockade with photons
当涉及很少的声子时，测量机械系统的量子动力学仍然是一个挑战。我们表明，超导微波谐振器线性耦合的机械模式构成了一个非常强大的探头，这个范围。通过调节栅极电压，这种新的耦合可以比通常的辐射压力相互作用强得多。我们着重于声子阻塞的检测，表明它可以通过测量腔中光的统计来观察。其根本原因是两个谐振器之间纠缠态的形成。我们的方案实现了一个声子约瑟夫森结，引起声子和光子之间的相干振荡，以及自陷制度的耦合小于一个临界值。从自陷到振荡状态的转变也是由耗散动态地诱导的。
2011-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
