The roles of drift and control field constraints upon quantum control speed limits
在这项工作中,我们推导出一个下限所需的最小时间来实现一个目标幺正变换通过一个经典的含时场在一个封闭的量子系统。边界取决于目标门,内部哈密顿量的强度和最高允许的控制场幅度。这些发现揭示了可达操作集的一些属性,明确分析了单个量子位。此外,对于完全可控的系统,我们确定了一个下界的时间,所有的酉门成为可达的。我们使用数值门优化,以研究所获得的界限的紧密性。结果表明,在单量子比特的情况下,我们的分析结果描述的最高控制场振幅和最小演化时间之间的关系非常好。最后,我们讨论了获得更严格的边界的高维系统的挑战和前进的道路,提供了一个讨论的数学形式和物理意义的界限。
2017-10-23 quant-ph
Catching Transpilation Drift with a CI/CD Workflow in Quantum Software Development
University of Jyväskylä(于韦斯屈莱大学)
该研究针对量子软件开发中工具链变更导致的转译漂移问题,提出了基于GitHub Actions和MLflow的量子DevOps CI/CD工作流,可检测转译漂移并提升量子编译的可观测性与可审计性。
2026-08-11 quant-ph
Pulsed force sequences for fast phase-insensitive quantum gates in trapped ions
我们展示了如何创建任意速度之间的被困离子的量子门,使用激光行走波,与完全不敏感的光学相位漂移,只需要冷却到兰姆-迪克制度。我们提出的脉冲序列,满足要求,很容易在实验室中产生。
2013-12-19 quant-ph
The Beta-Bound: Drift constraints for Gated Quantum Probabilities
OU Philosophy Department(俄克拉荷马大学哲学系)
本文提出β界限用于门控量子概率的漂移约束,通过测量理论框架分析量子系统与测量结果的关系,并通过实验验证其可证伪性。
2026-01-29 physics.hist-ph quant-ph
Efficient quantum imaginary time evolution by drifting real time evolution: an approach with low gate and measurement complexity
本文提出受qDRIFT启发的含时漂移QITE方案及确定性主导项选择与跨步测量缩减方法,在分子基态制备中显著降低电路深度和测量成本。
2022-09-05 quant-ph
Composite Mølmer-Sørensen gate
本文提出一种振幅调制的复合 Mølmer-Sørensen 门,通过复合脉冲设计实现对门定时、失谐、耦合误差及交流斯塔克位移和漂移失谐的高鲁棒性,从而提升离子阱双量子比特门的保真度。
2025-08-18 quant-ph
Effect of device design on charge offset drift in Si/SiO$_2$ single electron devices
我们测量了Si/SiO $_2$单电子器件(SED)的低频时间不稳定性,称为电荷偏移漂移,有和没有一个整体的多晶硅顶栅。我们发现,与多晶硅顶栅的SED具有显着更少的电荷偏移漂移,表现出更少的孤立跳跃和一个稳定的平均值的波动减少了两个因素。所观察到的减少可以通过缺陷和量子点之间的互电容$C_m$的静电减少以及由于顶栅导致的总缺陷电容$C_d$的增加来解释。这些结果偏离了公认的理解,即SED中的电荷偏移漂移水平由固有材料特性决定,也迫使考虑器件设计。我们希望这些结果是重要的,在发展中的应用,从量子信息计量学或任何地方的电荷噪声或器件的可集成性是一个挑战的SED。
2018-07-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Theory of robust multi-qubit non-adiabatic gates for trapped-ions
在量子计算机上执行量子算法的流行方法是将算法分解为通用门的级联,通常是单量子位门和双量子位门。然而,这样的分解导致长的门序列,其在量子位寄存器大小上是指数的。此外,当作用于较大的量子位寄存器时,门的量子数趋于减小。因此,在大量子位寄存器中的高保真实现仍然是一个突出的挑战。在这里,我们提出并研究了多量子比特纠缠门的捕获离子。我们的门一次耦合许多量子位,允许减少使用的门的总数,同时保持高的门保真度。我们的方法采用了所有的正常模式的运动的离子链,这允许操作以外的绝热制度,并在利率相媲美的长期离子捕获频率。此外,我们扩展了我们的方法生成适合于量子模拟的哈密顿量,如最近邻自旋哈密顿量或苏-施里弗-海格尔哈密顿量。
2019-11-08 physics.atom-ph quant-ph
Variational Quantum Gate Optimization at the Pulse Level
本文实验验证了基于物理哈密顿量的变分量子门优化协议,成功优化了基于交叉共振的两比特和三比特门,并发现参数漂移是限制Floquet工程三比特门优化的关键因素。
2023-10-19 quant-ph
The electron microscope as a quantum gate
本文提出在透射电子显微镜(TEM)中用拓扑荷代替自旋变量来跨越二维希尔伯特空间。在此基础上,电子可以被看作是在真空中自由浮动的量子比特。我们展示了如何结合磁四极与磁漂移管可以作为一个通用的设备来操纵这样的量子比特在实验者的自由裁量权。具有像差校正器、高光束相干性和极高稳定性的高端TEM是此类实验的一个有前途的平台,可以在显微镜中为单束电子构建量子逻辑门。
2020-05-16 quant-ph
Efficient, stabilized two-qubit gates on a trapped-ion quantum computer
量子计算目前受到两量子比特纠缠操作成本的限制。为了扩大量子处理器的规模并实现量子优势,至关重要的是节省双量子比特门的功率需求,使它们对实验参数的漂移具有鲁棒性,并缩短门时间。在本文中,我们提出了两种方法,一个精确的和一个近似的,以构建最佳的脉冲纠缠门的离子链中的一对离子,领先的量子计算架构之一。我们的方法是直接的,非迭代的,和线性的,可以构建门控脉冲需要更少的功率比标准的方法超过一个数量级,在某些参数制度。功率节省通常可以换取减少的门时间和更大的量子位连接性。此外,我们的方法提供了增加的鲁棒性模式漂移。我们说明了这些权衡的捕获离子量子计算机。
2021-01-19 cs.ET quant-ph
Time optimal quantum control of two-qubit systems
研究了由包含非定域内部漂移和局域控制项的哈密顿量描述的异质双量子比特系统的最优量子控制。我们推导出一个明确的公式来计算所需的最小时间来引导系统从一个初始状态到一个指定的最终状态。作为应用,详细计算了实现受控非门、交换门和受控U门的最小时间。这些量子门的实验实现明确提出。
2013-11-06 quant-ph
Resilient quantum gates on periodically driven Rydberg atoms
量子门的容错实现是实现量子计算的前提之一。里德伯原子平台是实现量子计算最有希望的候选平台之一。我们提出在里德伯原子上实现一个受控的$Z$门,其中一个调幅场被用来诱导里德伯反封锁。通过调节振幅调制场可以大大增强门对里德伯-里德伯相互作用涨落的鲁棒性。此外,我们在靶原子上引入Landau-Zener-Stückelberg跃迁,以提高门对门时间偏差和脉冲幅度漂移的恢复能力。在合理的实验参数下,可以实现由原子衰变、原子间偶极-偶极力和多普勒效应引起的低保真度误差。最后,我们将门方案推广到多量子比特的情况下,弹性多量子比特相位门可以在一个步骤中获得,随着量子比特数量的增加,门时间不变。
2021-01-07 quant-ph
Drift-resilient mid-circuit measurement and state preparation error mitigation for dynamic circuits
针对动态电路中途测量误差及现有方案易受时间噪声漂移影响的问题,提出基于奇偶校验噪声放大的漂移弹性误差缓解协议,搭配重置方案适配不同硬件,结合Layered-KIK实现端到端误差缓解,可提升QEC效果并拓展应用场景。
2025-09-03 quant-ph
When Close Enough Is Not Enough: Autoregressive Drift in Quantum Circuit Synthesis
研究容错计算的量子电路优化问题,用带结构化电路令牌化的变压器评估。在参数化电路上混合方法有效,在 Clifford + T 电路上存在自回归漂移致精确等效性下降,推理时策略和数据缩放可缓解但仍有问题。
2026-07-15 cs.AI cs.ET quant-ph
Noncyclic Geometric Quantum Gates with Smooth Paths via Invariant-based Shortcuts
非绝热几何量子计算致力于实现容错量子计算所必需的高保真、鲁棒的量子门。但是,它受到循环和突变演化路径的限制,通常需要较长的门时间和突变脉冲控制,削弱了门的性能。本文提出了一种基于不变量的捷径实现非循环非绝热演化的几何量子门的方案,该方案可以一步诱导出普适量子门,无需路径突变,并且有效地缩短了量子门的时间.数值模拟表明,与传统的动力学门相比,所构造的几何门不仅对由量子比特频率漂移和驱动场幅度偏差引起的系统误差有更强的抵抗能力,而且对环境诱导的退相干效应也有更强的抵抗能力.此外,我们的方案还可以在超导电路平台上实现,单量子位和双量子位门的量子效率分别高于99.97 $\%$和99.84 $\%$.因此,我们的方案提供了一个很有前途的方式来实现高保真容错量子门的可扩展量子计算。
2021-06-10 quant-ph
Extremum seeking control of quantum gates
针对量子门保真度受硬件漂移影响的问题,提出结合ESC与DRB的数据驱动稳定控制方法,并在模拟和商业 trapped-ion quantum computer 上验证其有效性。
2023-09-08 quant-ph
Robust and Fast Holonomic Quantum Gates with Encoding on Superconducting Circuits
高精度、高鲁棒性的量子操作是实现可扩展量子计算的关键。因此,几何相位诱导的量子操纵具有内在的操作鲁棒性,是一种很有前途的方法。然而,几何操作的门时间较长,物理实现困难,阻碍了它的实际和广泛的应用。在这里,我们提出了一个简化的通用完整量子门超导电路的实验证明的技术,它可以消除两个主要的挑战,通过引入时间最优控制到量子门的建设。值得注意的是,我们的方案也是基于一个消相干的子空间编码,与最小的物理量子比特资源,这可以进一步免疫量子比特频率漂移,这被认为是大规模超导电路的主要误差源所造成的错误。同时,我们特意设计了量子演化,以消除不必要的泄漏源造成的门误差。因此,我们的计划是更强大的比传统的,从而提供了一个有前途的替代策略,可扩展的容错量子计算。
2020-04-23 quant-ph
Optimal Control for Generating Quantum Gates in Open Dissipative Systems
设计了实现具有最小弛豫损耗的量子模块的最优控制方法,以在弛豫下给出酉门的最佳近似。利用松弛参数对时间最优控制的最优控制的潜在增益进行了探索,并在数值和代数方面举例说明:这是选择的方法来管理量子系统的子空间内的弱松弛时,漂移哈密顿量将否则驱动系统通过快速衰减模式。在一个标准模型系统中,将无消相干子空间推广到更现实的场景,openGRAPE衍生的控件实现了具有超过95%的重复性的CNOT,而不是标准Trotter扩展的最多15%。作为额外的好处,它需要的控制领域的数量级低于在后者的bang-bang振荡。
2009-05-17 quant-ph
Crosstalk-robust superconducting two-qubit geometric gates using tunable couplers
South China Normal University(华南师范大学);Anqing Normal University(安庆师范大学)
本文提出一种基于耦合器的超导双量子位几何门方案,通过引入参数自由度,有效抑制串扰并实现快速门操作,展示了在超导量子计算中实现鲁棒高效双量子位门的可行性。
2026-04-10 quant-ph
Error rate reduction of single-qubit gates via noise-aware decomposition into native gates
在当前的噪声中尺度量子(NISQ)技术时代,量子计算机的实际使用仍然受到我们无法将量子位与其环境适当解耦以减轻计算错误的限制。在这项工作中,我们介绍了一种方法,通过这种方法,量子比特的初始量子态的知识和描述其退相干的标准参数可以被利用来减轻在执行单量子比特门期间存在的噪声。我们使用基于云的IBM量子处理器访问来对我们的协议进行基准测试。在ibmq_rome上,我们证明了$38\%$可以降低单量子比特的错误率,从$1.6 \times 10 ^{-3}$到$1.0 \times 10 ^{-3}$,前提是输入量子比特的初始状态是已知的。在ibmq_bogota上,我们证明了我们的协议永远不会降低门保真度,只要系统的$T_1$和$T_2$时间没有漂移到$100$倍以上。该协议可用于减少量子态制备错误,以及提高量子线路的保真度,其中可以推断量子比特的中间态的一些知识。这项工作提出了一种途径,使用有关噪声水平和量子态分布的信息,以显着降低错误率与量子门通过优化分解成本机门。
2022-05-05 quant-ph
Superconducting Qubit Gates Robust to Parameter Fluctuations
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Max Planck Institute of Quantum Optics(马克斯·普朗克量子光学研究所);Munich Center for Quantum Science and Technology(慕尼黑量子科学与技术中心);Saarland University(萨尔兰大学)
本研究通过GRAPE方法设计鲁棒的超导量子比特门,有效抑制参数波动导致的相干误差,提升误差校正计算的稳定性。
2025-12-03 quant-ph
Fast-feedback protocols for calibration and drift control in quantum computers
Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室);Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院);MIT Lincoln Laboratory(麻省理工学院林肯实验室);IonQ
本文提出两种快速反馈协议,用于量子计算机的校准与漂移控制,通过自适应方法提升校准精度和实时调整能力。
2025-12-08 quant-ph
Reinforcement learning pulses for transmon qubit entangling gates
本文利用连续控制强化学习在无先验信息条件下为超导transmon量子比特设计纠缠门,生成的脉冲在保真度和门时长上优于标准交叉共振门,并能以极少额外优化适应硬件特性漂移。
2024-06-14 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
Self-Specializing Vision-Language Transmon Chip Calibration in a Physics-Grounded Environment
QpiAI India Pvt. Ltd(QpiAI印度私人有限公司)
研究视觉语言智能体能否在无权重更新下校准超导跨导芯片。通过设计物理模拟环境、视觉语言智能体及无梯度在线自适应方法,在预算压力下提升芯片保真度,诊断硬件故障。
2026-07-07 cs.AI cs.LG quant-ph
Bespoke Pulse Design for Robust Rapid Two-Qubit Gates with Trapped Ions
本文通过包含多种物理效应的量子主方程,采用全局优化为七个囚禁$^{171}$Yb$^{+}$离子设计了鲁棒快速的双量子比特门脉冲序列,实现了可扩展的囚禁离子量子计算。
2023-05-25 quant-ph
Frequency-Multiplexed Parallel Gates for Quantum LDPC Codes in a Two-Dimensional Ion Crystal
Center for Quantum Information, Institute for Interdisciplinary Information Sciences, Tsinghua University(清华大学交叉信息研究院量子信息中心);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);New Cornerstone Science Laboratory, Institute for Interdisciplinary Information Sciences, Tsinghua University(清华大学交叉信息研究院新基石科学实验室)
针对量子LDPC码症候测量需非局域纠缠门的问题,提出频分复用方案实现二维离子晶体上的并行非局域纠缠门,通过绝热条件优化后可达到10^-12的逻辑错误率。
2026-09-10 quant-ph
Robust two-qubit gates in a linear ion crystal using a frequency-modulated driving force
在离子阱量子计算机中,集体运动模式用于纠缠两个或更多个量子位,以便执行多量子位逻辑门。离子的内部状态和运动状态之间的任何残余纠缠都会导致保真度的损失,特别是当晶体中有许多旁观者离子时。我们建议使用调频(FM)的驱动力,以尽量减少这种错误。在仿真中,我们得到了一个优化的FM双量子比特门,它可以将误差抑制到0.01%以下,并且对$\pm$ 1 kHz以上的频率漂移具有鲁棒性。在实验上,我们已经获得了$98.3(4)\%$的双量子位门保真度,这是具有5个离子的双量子位门的最新结果。
2017-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Scalable in-situ qubit calibration during repetitive error detection
我们提出了一种在错误检测过程中优化量子比特控制参数的方法,该方法与大规模量子比特阵列兼容。我们展示了我们的方法,以优化单或双量子位门并行九量子位系统。此外,我们还展示了如何在计算过程中通过插入频率漂移并使用我们的方法去除它来补偿参数漂移。我们同时去除了单个量子比特上的漂移和所有量子比特上的独立漂移。我们相信这种方法将有助于在整个计算过程中保持所有物理量子位的低错误率。我们的方法是O(1)可扩展到任意大小的系统,为控制容错量子计算机所需的大量量子位提供了一条途径
2016-03-09 quant-ph
Performant coherent control: bridging the gap between high- and low-level operations on hardware
用于量子信息平台的可扩展相干控制硬件随着其可用量子比特的数量持续增加而在优先级上迅速增长。随着这些系统的扩展,需要更多的校准步骤,导致系统不稳定的挑战,因为校准参数漂移。此外,运行具有大深度的电路所需的绝对数据量往往会膨胀,特别是在实现需要高级调制技术的最先进的动态去耦门时。我们提出了一个控制系统,解决这些挑战的捕获离子系统,通过结合新的功能,消除了手工记账的需要,减少数据传输带宽的要求,通过门压缩方案,和其他自动化的错误处理技术。此外,我们描述了一个嵌入式脉冲编译器,适用于分阶段优化,包括压缩的中间表示的解析输出产品,执行原位突变的压缩门数据,以支持高层次的算法反馈,占漂移,并可以完全在芯片上运行。
2022-07-28 physics.ins-det quant-ph
Probing the Weak-Driving Quantum Speed Limit via Drift-Aware Shooting Methods
Center for Quantum Nanoscience, Institute for Basic Science(基础科学研究所量子纳米科学中心);Ewha Womans University(梨花女子大学);Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, UMR 7504(斯特拉斯堡大学,法国国家科学研究中心,斯特拉斯堡材料物理与化学研究所)
本文提出MAGICARP打靶方法,通过少量参数生成平滑节能脉冲,应用于交换耦合自旋系统,发现弱驱动量子速度极限并给出能量发散的面积极点律。
2026-09-22 math-ph math.MP physics.comp-ph
Learnt Attacks on Quantum Key Distribution under Channel Noise and Device Drift
Imperial College London(帝国理工学院)
本文提出将量子密钥分发中的自适应窃听建模为约束马尔可夫决策过程,联合搜索门结构与旋转角度,在E91和BB84协议下显著提升攻击性能,接近动态规划上界。
2026-10-02 cs.CR cs.IT cs.LG
STIRAP-Inspired Robust Gates for a Superconducting Dual-Rail Qubit
本研究受STIRAP启发,通过引入单光子失谐,在超导双轨量子比特上实验实现了鲁棒的π和π/2旋转门,态制备保真度超0.98,数值预测超0.999,对参数漂移具有鲁棒性。
2024-10-07 cond-mat.mes-hall 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
Accurate Quantum Logic Gates by Spin Echo in Rydberg Atoms
可扩展的量子计算基于可实现的精确量子门。对于中性原子而言,设计一个高保真度的双量子比特纠缠门,而不诉诸于诸如整形激光脉冲或将原子冷却到运动基态等困难技术,是一个突出的挑战。利用自旋回波抑制封锁误差,提出了一种易于实现的高本征保真度相位可控里德堡量子门。在自旋回波的背景下,我们表明,传统的里德堡门的基本封锁错误,$ε\sim10^{-3}$的顺序,实际上是从两个"顺时针"旋转拉比频率$\barΩ_\pm=V\pm \sqrt{V^2+Ω^2}$的结果。在我们的"回声"序列中,通过增加两个具有频率$-\barΩ_\pm$的"反方向"旋转,可以将这样的误差抑制到$ε^2$的量级。随着阻塞误差的有效消除,由里德伯态衰减引起的误差成为门精度的最终基本限制,原则上,可以将其降低到$10^{-5}$的水平以上。此外,由于在"回波"过程中涉及的少量$ε$,自旋回波门对于由量子比特的漂移引起的里德堡阻塞的变化是鲁棒的,使得即使对于仅冷却到亚mK状态的量子比特,它仍然可以比传统的里德堡门精确得多。
2018-09-05 physics.atm-clus quant-ph
Detecting and tracking drift in quantum information processors
如果量子信息处理器要发挥其潜力,就必须理解和抑制影响它们的各种错误。但误差通常会随着时间的推移而波动,并且最广泛使用的表征误差的工具假设静态误差模式和速率。这种不匹配可能导致意外的故障、错误识别的错误模式和浪费的实验工作。在这里,我们展示了一种用于解决量子处理器中时间依赖性的谱分析技术。我们的方法是快速,简单,统计上的声音。它可以应用于任何量子处理器实验的时间序列数据。我们使用模拟和捕获离子量子比特实验的数据来展示我们的方法如何在应用于流行的表征协议时解决时间依赖性,包括随机基准测试,门集断层扫描和拉姆齐光谱。在实验中,我们检测到不稳定性和本地化的来源,实现漂移控制技术来补偿这种不稳定性,然后证明,不稳定性已被抑制。
2020-11-09 physics.atom-ph physics.data-an quant-ph
Detuning-robust Rydberg entangling gates from echoed pulses
The University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Duke University(杜克大学);University of Chicago(芝加哥大学);Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室)
本研究设计了抗失谐的里德伯纠缠ZZ门,将一阶失谐误差归为单量子比特Z旋转并由回波序列消除,大幅放宽了对激光频率稳定性等的要求,推动中性原子实用容错量子计算发展。
2026-09-04 physics.atom-ph quant-ph
Robust Two-Qubit Geometric Phase Gates using Amplitude and Frequency Ramping
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);University of Colorado, Denver(科罗拉多大学丹佛分校);Lawrence Livermore National Laboratory(劳伦斯利弗莫尔国家实验室)
本研究提出了一种利用振幅和频率斜坡实现鲁棒双量子比特几何相位门的方法,实现了高保真度的纠缠操作,适用于量子计算和光谱学。
2026-10-14 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity quantum operations on superconducting qubits in the presence of noise
我们提出了一个用超导量子比特实现量子操作的方案。我们的方法使用一个“耦合器”量子比特来调解一个可控的,长期的“数据”量子比特之间的相互作用,脉冲序列,强烈减轻1/f通量噪声的影响,和高Q谐振器为基础的本地存储器。我们开发了一种蒙特卡罗模拟技术,能够描述任意噪声引起的失相和衰减,并在这个系统中演示了一组通用的门操作,在实验测量的1/f噪声水平的存在下,具有O(10^-5)的错误概率。然后,我们添加松弛并量化维持此误差水平所需的衰减时间。
2008-03-19 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph