Experimental Realization of Two Qutrits Gate with Tunable Coupling in Superconducting Circuits
基于量子比特的量子线路已经被广泛研究。在许多情况下，这样的量子比特实际上是由多级系统组成的，但只有两个状态用于计算目的。虽然这种策略具有符合常见二元逻辑的优点，但在某种意义上，它浪费了这些内在多维系统的大希尔伯特空间中的现成资源。超越量子位的量子计算（例如，使用量子位或量子位）因此已经被讨论并且被认为在某些情况下比其量子位对应物更有效。然而，基于量子计算的基本要素之一，二量子量子门，仍然是一个重大的挑战。在这项工作中，我们提出并证明了一个高效的和可扩展的两个quutrit量子门超导量子线路。利用一个可调谐耦合器控制两个量子点之间的交叉克尔耦合，我们的方案通过将施加到耦合器上的简单脉冲与单量子点操作相结合，实现了保真度为89.3%的两个量子点条件相位门。我们进一步使用这样的二qutri门，以95.5%的保真度制备两个qutri的EPR态。我们的计划利用了一个可调qutrit-qutrit耦合与一个大的开：关比。因此，它提供了高效率和低的qutrits之间的串扰，因此是友好的放大。我们的工作是迈向可扩展的基于量子力学的量子计算的重要一步。
2023-02-06 quant-ph
Implementation of a Walsh-Hadamard gate in a superconducting qutrit
我们已经实现了一个沃尔什-阿达玛门，它执行一个量子傅里叶变换，在超导qutrit。qutrit被编码在最低的三个能级的电容并联磁通装置，在最佳磁通对称点操作。我们使用一个有效的分解的沃尔什-阿达玛门成两个酉，分别产生的非对角和对角哈密顿。门的实现利用同时驱动的三对能级之间的quutrit，其中一个是用双光子过程实现的所有三个跃迁。该门具有35 ns的持续时间和99.2%的一组代表性状态的平均保真度，包括准备和层析成像误差，其特征在于具有量子态层析成像。交流斯塔克和布洛赫Siegert位移的补偿是必要的，以达到高的栅极结晶度。
2020-11-16 quant-ph
Encoding optimization for quantum machine learning demonstrated on a superconducting transmon qutrit
本文研究 qutrit 参数化电路在机器学习分类中的应用，提出编码优化训练方法，在超导 transmon qutrit 上以更少电路元件实现高精度三态分类。
2023-09-22 quant-ph
Preparation of Knill-Lafamme-Milburn states based on superconducting qutrits
提出了两种方案，分别在由超导电荷夸克（SCQ）连接的两个传输线谐振器（TLR）中产生两个远距离极性分子（PM）系综的Knill-Lafamme-Milburn（KLM）态，以及在TLR中产生两个SCQ的KLM态.这两种方案都对TLR的微波光子的虚激发引起的光子衰减具有鲁棒性，并且第二种方案中SCQ的虚跃迁可以抑制自发发射。此外，该方案在现有技术条件下具有较高的可控性和可行性。
2014-03-06 quant-ph
Demonstration of Discrete-Time Quantum Walks and Observation of Topological Edge States in a Superconducting Qutrit Chain
National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, Nanjing University（南京大学固体微结构物理学院）；School of Physics, Hangzhou Normal University（杭州师范大学物理学院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Shishan Laboratory, Suzhou Campus of Nanjing University（南京大学苏州校区石湖实验室）
该研究利用超导三能级系统实现了可扩展的离散时间量子行走，并首次在超导平台上观测到拓扑边缘态。
2026-01-05 quant-ph
Hybrid controlled-SUM gate with one superconducting qutrit and one cat-state qutrit and application in hybrid entangled state preparation
与量子比特相比，量子比特（即，$d$级或$d$状态量子系统）提供更大的Hilbert空间来存储和处理信息。另一方面，基于qudit的混合量子计算通常需要执行具有性质或编码格式不同的qudit的混合量子门。在这项工作中，我们考虑qutrit的情况下，即，对于具有$d$ =3的qudit的情况。我们提出了一种简单的方法来实现一个超导量子阱和一个猫态量子阱的混合量子控制和门。这个门加上单qutrit门形成了一组通用的三进制逻辑门，用于使用qutrit的量子计算。我们的建议是基于电路QED和操作基本上通过采用SC quantum（四能级量子系统）色散耦合到微波腔。门的实现非常简单，因为它只需要一个基本的操作。既不需要经典脉冲，也不需要测量。SC量子阱的辅助高能级在门操作期间实际上被激发，因此从该能级的退相干被极大地抑制。作为该门的一个应用，我们讨论了一个SC量子态和一个猫量子态的混合最大纠缠态的产生。我们进一步分析了在电路量子电动力学中产生这种混合纠缠态的实验可行性。该方案具有很强的普适性，可以推广到更广泛的物理系统中，如自然或人造的四能级原子与光腔或微波腔的耦合。
2022-08-28 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
Simulating neutrino oscillations on a superconducting qutrit
针对中微子振荡参数测量难题，研究将三味中微子编码到IBM transmon构建的超导qutrit中，用单qutrit门实现PMNS理论下的时间演化，在三种场景下硬件模拟与解析计算吻合良好。
2023-02-10 quant-ph
Realization of two-qutrit quantum algorithms on a programmable superconducting processor
使用量子三能级系统或量子位作为基本单元处理量子信息是当代基于量子位的架构的替代方案，具有提供显著计算优势的潜力。我们利用两个transmons的第三能量本征态演示了一个完全可编程的二quutrit量子处理器。我们开发了一个参数耦合器，以实现良好的连通性，在九维希尔伯特空间，使有效的实现两个qutrit门。我们通过实现几个算法，如Deutsch-Jozsa，Bernstein-Vazirani和Grover的搜索来描述我们的处理器。我们的高效无附属协议使我们能够表明，两个阶段的格罗弗的放大可以提高成功率的非结构化搜索与量子优势。我们的研究结果为使用transmons作为通用量子计算机的构建块来构建完全可编程的三元量子处理器铺平了道路。
2022-11-12 quant-ph
A superconducting qutrit link beyond the qubit limit
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
本文实现了一种超导qutrit链路，通过微波通道连接两个独立封装的节点，利用transmon的天然三能级结构进行高维量子通信，实现了高于量子比特基准的态转移保真度和纠缠特性。
2026-10-06 quant-ph
Extending the Computational Reach of a Superconducting Qutrit Processor
本文针对qudit量子计算中噪声复杂、扩展困难的问题，提出定制和缓解任意Markovian噪声的技术，并在超导qutrit处理器上首次实验验证，使纠缠和随机电路采样性能提升达3倍。
2023-05-25 quant-ph
Circuit QED: Cross-Kerr-effect induced by a superconducting qutrit without classical pulses
交叉克尔非线性效应的实现是量子信息处理中许多应用的重要课题。在这项工作中，我们提出了一种方法来实现交叉克尔非线性相互作用的两个超导共面波导谐振器之间的耦合由一个三能级超导磁通quutrit（耦合器）。利用量子共振腔色散相互作用，导出了包含双光子数算符和耦合算符的有效哈密顿量。当耦合器处于基态时，该哈密顿量可以用来描述两个谐振腔之间的交叉克尔非线性相互作用。由于耦合器在整个过程中是不受激励的，所以耦合器退相干的影响可以大大减小。更重要的是，与以前的建议相比，我们的建议不需要经典脉冲。此外，由于只使用了三能级qutrit，实验装置大大简化时，与以前的建议，需要一个四能级人工原子系统。基于我们的哈密顿量，我们实现了一个双共振腔量子比特控制相位门，并产生了一个双共振腔纠缠相干态。数值模拟表明，利用电流电路QED技术实现相位门的高保真度实现和纠缠相干态的产生是可行的。
2016-11-21 quant-ph
Trade off-Free Entanglement Stabilization in a Superconducting Qutrit-Qubit System
量子库工程是一个强有力的框架，自主量子态制备和纠错。然而，油藏工程的传统方法受到目标状态不可避免的相干泄漏的阻碍，这在可实现的稳态保真度和稳定率之间施加了固有的权衡。在这项工作中，我们展示了一个协议，实现贸易关闭自由贝尔态稳定的qutrit-qubit系统上实现的电路QED平台。我们实现这一点，通过创建一个纯粹的耗散通道的人口转移到目标状态，介导的强参数相互作用耦合的第二个激发态的超导transmon和工程浴谐振器。我们的方案实现了84%的状态准备保真度与稳定时间常数为339 ns，导致最低的错误时间产品报告的固态量子信息平台的日期。
2021-08-13 quant-ph
Experimental high-dimensional Greenberger-Horne-Zeilinger entanglement with superconducting transmon qutrits
多体纠缠是量子信息科学的核心概念之一，其应用范围从凝聚态物理到量子物理基础实验都有。虽然它的大多数研究和测试形式包括二维系统，但目前的量子平台在技术上允许操纵额外的量子能级。我们报道了在超导量子处理器中实现高维多体纠缠态的实验证明。我们通过设计必要的脉冲来进行高维量子操作，从而产生了三重Greenberger-Horne-Zeilinger态。我们得到了$76\pm 1\%$的保真度，证明了一个真正的三体三维纠缠态的产生。到目前为止，只有光子器件能够创建和证明这些高维态的纠缠。我们的工作表明，另一个平台，超导系统，已经准备好利用真正的高维纠缠，并且可以使用云上访问的可编程量子设备来设计和执行超越二进制量子计算的实验。
2022-02-24 quant-ph
Universal distributed quantum computing on superconducting qutrits with dark photons
本文提出了一种一步确定性地在通过超导传输线连接的不同谐振器上耦合的远程传输量子上构造受控相位门的方案，用于通用的分布式量子计算.与以前在远程超导量子比特上的工作不同，本发明的门是通过在暗光子的辅助下在全谐振状态下整个系统的相干演化来实现的，以抵抗传输线损耗，这使得复杂的长传输线设计成为可能，以连接大量的电路QED。传输线的长度可以达到几米的规模，这使得我们的方案适用于大规模分布式量子计算。这个门是一个快速的量子纠缠操作，保真度约为99%。与其他量子系统中分布式量子计算的工作相比，在全共振状态下，本方案不需要经典脉冲和辅助量子比特，大大降低了实现的难度。
2018-09-01 quant-ph
Minimum tomography of two entangled qutrits using local measurements of one-qutrit SIC-POVM
给出了一种基于四分之一对称信息完全正算子值测度的二分之一态层析成像（SIC-POVM）的实验演示。在自发参量下转换光子对的横向路径中编码了一个二量子态。空间光调制器允许实现必要的81个POVM元件来重构状态。通过将独立测量与用重建状态计算的预测结果进行比较来评估重建的质量。利用二重态重构密度算符的负性和广义鲁棒性计算了系统中的纠缠度。
2013-12-04 quant-ph
Quantum Information Scrambling in a Superconducting Qutrit Processor
量子信息理论提供了一种共同语言，将从宇宙学到凝聚态物理的各个学科联系起来。例如，在强相互作用的多体系统中，量子信息的离域，被称为量子信息扰乱，最近已经开始统一我们对黑洞动力学、奇异非费米液体中的输运以及量子混沌的多体类似物的理解。到目前为止，已验证的加扰实验实现仅处理由两级量子位组成的系统。然而，更高维的量子系统可能表现出不同的加扰模式，并且被预测为使量子信息加扰速率的受限制速度饱和。我们通过实现基于超导量子（三能级量子系统）的量子处理器，迈出了访问此类现象的第一步。我们实现了两个quutrit置乱操作，并将它们嵌入到一个五quutrit隐形传态算法中，以直接测量相关的非时间顺序关联函数。测得的隐形传态保真度Favg = 0.568 +- 0001，证实了即使在存在实验缺陷的情况下也会发生扰码。我们的隐形传态算法，它连接到最近的建议，在实验室中研究可穿越的虫洞，演示了如何量子信息处理技术的基础上，更高的维系统可以利用更大，更连通的状态空间，实现资源有效的编码复杂的量子线路。
2021-02-10 quant-ph
Preparing Greenberger-Horne-Zeilinger Entangled Photon Fock States of Three Cavities Coupled by a Superconducting Flux Qutrit
提出了一种利用超导磁通量子阱耦合三腔体制备Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠光子Fock态的方法。该建议不需要在整个操作期间使用经典微波脉冲和测量。因此，大大简化了操作，并大大降低了电路工程的复杂性和成本。该方案具有较强的普适性，当三个腔与不同的三能级物理系统耦合时，如超导电荷量子阱、transmon量子阱或量子点，都可以产生三腔GHZ纠缠光子Fock态.
2013-07-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Emulating quantum state transfer through a spin-1 chain on a 1D lattice of superconducting qutrits
与自旋1/2系统相比，自旋1系统为量子信息的编码和传输提供了更好的安全性，这主要是由于它们更大的希尔伯特空间。超导人造原子拥有多个能级，因此能够模拟更高自旋的系统。在这里，我们考虑一个最近邻耦合超导transmon系统的一维晶格，并设计了一个计划，以转移任意qutri态（一个状态编码在一个三能级量子系统）在整个链。我们假设相邻transmons之间的可调耦合，推导出控制脉冲的解析约束，并展示了如何满足约束，以实现在当前实验条件下的高保真状态转移。因此，我们的协议能够增强量子通信和信息处理与有前途的超导量子。
2014-11-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Hardware-Efficient Erasure Qubits With Superconducting Transmon Qutrits
University of Massachusetts-Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出一种利用超导传输门三量子比特作为擦除量子比特的高效硬件方案，通过检测主控量子比特的退相干误差，实现了超过500微秒的逻辑量子比特寿命，并展示了双用途辅助量子比特在擦除检测和奇偶校验中的应用。
2026-04-09 quant-ph
Efficient generation of NOON states on two microwave-photon resonators
本文提出了一个在超导电荷量子阱辅助下的电路QED中产生光子NOON态的有效方案。它是通过两种操作完成的，即对qutrit和谐振器的谐振操作和对qutrit的单量子比特操作，它们都是高保真操作。与Su等人提出的超导transmon qutrit的结果进行了比较。Rep. 4，3898（2014）），我们的方案不需要长时间维持qutrit在第三激发态，这放松了其在实验中实施的难度。此外，由于电荷量子态的能级非谐性较大，我们可以更好地调谐电荷量子态与谐振腔的不同跃迁，这使得我们的方案比其他方案更快。
2015-07-01 quant-ph
Experimental state control by fast non-Abelian holonomic gates with a superconducting qutrit
量子态操作与门的基础上获得的几何相位在循环操作承诺固有的容错性和弹性的控制参数的局部波动。在这里，我们创建了一个一般的非阿贝尔和非绝热完整门的$(\ket{0},\ket{2})$子空间中的三能级transmon制造在一个完全共面的设计。在实验上，这是通过同时耦合的前两个过渡的微波脉冲的幅度和相位定义，使得平行运输的条件得到满足。我们证明了在这个子空间中的任意叠加的创建通过改变脉冲的振幅和它们之间的相对相位。我们利用作用在完整子空间中的双光子脉冲，揭示了几何门脉冲所产生的态的相干性，并制备了不同的叠加态。我们还测试了完整的非和Hadamard门的作用叠加在$(\ket{0},\ket{2})$子空间。
2018-04-05 quant-ph
Demonstration of a parity-time symmetry breaking phase transition using superconducting and trapped-ion qutrits
本工作利用囚禁离子和超导transmon两个物理平台的三能级量子系统（qutrit），以数字方式实验模拟了非幺正宇称-时间对称性破缺相变，展示了多能级处理器在模拟物理效应中的潜在优势。
2024-03-27 quant-ph
High-Fidelity Qutrit Entangling Gates for Superconducting Circuits
本文针对超导transmon器件中高保真双qutrit纠缠的挑战，利用差分AC Stark位移实现了微波激活的动态cross-Kerr纠缠，并成功构建了保真度达97.3%和95.2%的qutrit CZ†与CZ门。
2023-06-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent population transfer between weakly-coupled states in a ladder-type superconducting qutrit
受激拉曼绝热通过（STIRAP）为非耦合态和弱耦合态之间的相干布居转移提供了显著的优势，具有实现高效量子门、量子比特纠缠和量子信息传输的潜力。在这里，我们报告的实现STIRAP在超导相位qutrit -一个梯形系统中，基态人口相干转移到第二激发态通过暗态子空间。这一结果与主方程的数值模拟结果吻合得很好，进一步证明了采用最先进的超导量子点，在保持第一激发态粒子数低于$1\%$的同时，转移效率很容易超过$99\%$.我们表明，通过STIRAP的人口转移是显着更强大的对实验参数的变化相比，通过传统的共振$π$脉冲方法。我们的工作为利用超导人造原子探索STIRAP进行量子信息处理开辟了新的途径。
2015-08-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Dissipative preparation and stabilization of many-body quantum states in a superconducting qutrit array
提出一种基于超导transmon电路的驱动-耗散协议，通过将qutrit映射为自旋-1并利用色散耦合消除特定子空间布居，实现了具有对称保护拓扑序的AKLT多体量子态的制备与稳定。
2023-06-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Contextuality without nonlocality in a superconducting quantum system
经典实在论要求系统属性独立于它们是否被测量而存在，而非上下文性要求测量的结果不依赖于与它们一起执行的其他测量。贝尔-科亨-斯佩克定理指出，非上下文实在论不能再现单个三能级量子系统（qutrit）的测量统计。因此，与贝尔不等式测试相比，非上下文现实模型可以使用单个qutrit来测试，而不依赖于量子纠缠的概念。用实验来反驳这些模型是很有挑战性的，因为不完美可能会带来漏洞，使现实主义的解释成为可能。在这里，我们使用一个超导qutrit与确定性，二进制结果读出违反非上下文不平等，同时解决检测，个人存在和兼容性的漏洞。这种状态依赖的上下文的证据也证明了超导量子电路在表面代码架构中的容错量子计算的适用性，这是目前最有希望的可扩展量子计算的途径。
2016-10-18 quant-ph
Non-perturbative CPMG scaling and qutrit-driven breakdown under compiled superconducting-qubit control: a single-qubit study
CETC International Cornerstone Quantum Industry (Suzhou) Co., Ltd.（中国电科国际基石量子产业（苏州）有限公司）
本研究通过非微扰层次运动方程模拟，发现三能级超导transmon在CPMG序列下出现轴依赖的标度律击穿，包括非单调退相干和X-Y布居不对称性，而X-CPMG保持幂律标度，揭示了第三能级非谐性与浴记忆效应的作用。
2026-06-16 quant-ph
Generating entanglement between microwave photons and qubits in multiple cavities coupled by a superconducting qutrit
讨论了如何利用超导量子比特耦合的四个\textrm{microwave}共振器\textrm{(a.k.a. cavities)}产生纠缠相干态。我们还展示了四个超导量子位嵌入四个不同谐振器\textrm{can be created with this scheme}的GHZ态\textrm{that}。原则上，可以扩展\textrm{the proposed method}以创建$n$谐振器的纠缠相干态，并制备分布在量子网络中的$n$腔上的$n$量子位的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。此外，注意，由耦合器量子比特耦合的四个谐振器可以用作基本电路块以构建二维量子网络，这对于可扩展的量子信息处理是有用的。
2013-07-04 cond-mat.supr-con quant-ph
Fast and simple scheme for generating NOON states of photons in circuit QED
纠缠的产生、操纵和基本理解是量子力学的核心。在众多的纠缠态中，NOON态是一种特殊的量子纠缠态，两个正交分量态处于最大叠加态，在量子通信和量子信息处理中有着广泛的潜在应用。本文提出了一种在两个超导谐振腔中用单个超导传输子产生光子NOON态的快速简单方案。由于只使用了一个超导量子阱和两个谐振腔，与以前的方案相比，该方案的实验装置大大简化，需要设置两个超导量子阱和三个腔。此外，该方案比以前的方案更容易和更快地实现，以前的方案需要使用复杂的微波脉冲或小脉冲拉比频率，以避免非谐振跃迁。
2014-01-31 quant-ph
Single-step implementation of a hybrid controlled-NOT gate with one superconducting qubit simultaneously controlling multiple target cat-state qubits
混合量子门最近引起了相当大的关注。它们在连接具有不同编码的量子比特的量子信息处理器中起着重要作用，并且在量子处理器和量子存储器之间的量子态传输中具有重要应用。在这项工作中，我们提出了一个单步实现的多目标量子比特受控非门与超导（SC）量子比特同时控制$n$目标猫态量子比特。在这个方案中，门是用耦合到三能级SC quutrit的$n$微波腔实现的。控制SC量子位的两个逻辑状态由qutrit的两个最低能级表示，而每个目标猫态量子位的两个逻辑状态由微波腔的两个准正交猫态表示。该建议基本上通过每个腔与quutrit的色散耦合来操作。门的实现非常简单，因为它只需要一个单步操作。不需要施加经典脉冲或执行测量。门操作时间与目标量子比特的数量无关，因此它不会随着目标量子比特数量的增加而增加。此外，由于在门操作期间qutrit的第三较高能级未被占据，所以来自qutrit的退相干被极大地抑制。作为这种混合多目标量子比特门的应用，我们进一步讨论了SC量子比特和猫态量子比特的混合Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态的产生。作为一个例子，我们数值分析了在现有的电路QED技术中产生一个SC量子比特和三个猫态量子比特的混合GHZ态的实验可行性。
2022-08-28 quant-ph
Topological Maxwell Metal Bands in a Superconducting Qutrit
通过将凝聚态模型的动量空间映射到超导量子线路的可调参数空间，我们对拓扑Maxwell金属带进行了实验研究。一个奇异的能带结构，有效地描述了自旋1麦克斯韦方程组的成像。在麦克斯韦金属带中观察到三重简并点，称为麦克斯韦点。此外，我们的工程师和观察拓扑相变从拓扑麦克斯韦金属到一个平凡的绝缘体，并报告的第一个实验测量的陈数大于1。
2018-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit QED: Generation of two-transmon-qutrit entangled states via resonant interaction
提出了一种基于电路量子电动力学的方法来制备两个超导传输子的纠缠态。在这里，Qutrit指的是三能级量子系统。由于只采用共振相互作用，纠缠的产生可以在很短的时间内完成。通过改变四元组初始态的权因子，可以控制制备纠缠态的纠缠度，使制备纠缠态从部分纠缠态转变为最大纠缠态.由于采用单腔结构，只利用谐振作用，不需要相同的谐振腔耦合常数、测量参数和辅助谐振腔，因此易于实验实现。该方案具有普遍性，可用于制备两个具有梯型能级结构的天然或人造原子与光学或微波腔耦合的二组部分或最大纠缠态。
2018-06-12 quant-ph
Qudit Dynamical Decoupling on a Superconducting Quantum Processor
本文针对多能级量子位系统易退相干的问题，基于海森堡-魏尔群提出动态解耦协议，在超导处理器上实验验证了其能有效抑制退相干和交叉克尔耦合，显著提升贝尔态保真度，为可扩展量子计算铺路。
2024-07-05 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
Realization of efficient quantum gates with a superconducting qubit-qutrit circuit
建造量子计算机是一项艰巨的挑战，因为它需要良好的控制，但也需要与环境良好的隔离，以最大限度地减少退相干。因此，重要的是使用尽可能少的操作来有效地实现量子门，以减少所需的控制和操作时间的量，从而提高量子态相干性。在这里，我们提出了一个超导电路，用于实现一个可调系统组成的qutrit耦合到两个量子位。该系统可以有效地完成各种量子信息任务，包括产生两个量子比特的纠缠和条件三量子比特量子门，如Toffoli和Fredkin门。此外，该系统实现了一个条件几何门，可用于完整（非绝热）量子计算。所提出的电路的效率，鲁棒性和通用性使其成为一个有希望的候选者，作为一个更大的网络，能够执行涉及的量子计算任务的构建块。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Efficient Implementation of a Single-Qutrit Gate Set via Coherent Control
National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, Nanjing University（南京大学固体微结构物理学院）；Shishan Laboratory, Nanjing University（南京大学时山实验室）；Jiangsu Key Laboratory of Quantum Information Science and Technology, Nanjing University（南京大学江苏省量子信息科学与技术重点实验室）；Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息与量子科技创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
利用SU(3)动力学，通过相干控制框架实现35纳秒高保真度单qutrit门，平均保真度99.5%，并展示可扩展至qudit算法的量子电路。
2026-06-16 quant-ph
Direct pulse-level compilation of arbitrary quantum logic gates on superconducting qutrits
本文提出利用最优控制在超导 qutrit 与 qubit QPU 上直接脉冲级编译任意幺正门，实验证明其高保真、抗漂移且可共享校准参数。
2024-06-28 quant-ph
Speed limits of two-qutrit gates
本研究通过实证与解析方法研究三能级量子三元CZ门的速度极限，比较两种方法的结果并分析其与量子比特门的速度差异。
2025-10-09 quant-ph
Demonstration of quantum Zeno effect in a superconducting phase qubit
量子芝诺效应是量子操纵和计算的重要工具。我们提出了在超导相位量子比特中的观测，并给出了两种实验上可行的测量方案。采用传统的测量方法实现了量子比特态的脉冲读出和连续读出，并分别采用投影假设和蒙特卡罗波函数模拟进行了分析。我们的方案给出了在超导相位量子比特中直接实现量子芝诺效应的方法。
2011-04-22 quant-ph
Qutrit quantum battery: comparing different charging protocols
该研究针对三能级qutrit量子电池，对比了连续脉冲与同步脉冲两种充电协议，解析证明同步脉冲充电更快、功率更高，且在IBM超导量子设备上实现了固态量子电池迄今最快的稳定充电。
2023-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
The qutrit as a heat diode and circulator
我们研究了耦合到三个热浴的三能级系统的热输运性质，假设一个基于超导电路实现的模型。系统浴耦合介导的谐振器作为频率滤波器的不同quutrit过渡。考虑到有限的品质因数的谐振器，我们发现热整流和循环的效果不预期的配置与完美的过滤耦合。非共振跃迁中的热泄漏可以被利用来使系统作为理想二极管工作，其中热量在两个浴之间以相同的方向流动，而不管温差的符号，以及状态是相位可逆的完美热循环器。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Deterministic generation of Greenberger-Horne-Zeilinger entangled states of cat-state qubits in circuit QED
提出了一种利用电路QED产生三个猫态量子比特的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态的有效方法。GHZ态是用三个微波腔耦合到一个超导transmon量子阱制备的。由于量子点在工作过程中保持在基态，量子点的能量弛豫和退相引起的退相干被大大抑制。GHZ状态是确定性创建的，因为不涉及测量。数值模拟表明，利用现有的电路QED技术，高保真地产生三个量子比特的GHZ态是可行的。这个提议可以很容易地扩展到创建一个$N$ -cqubit GHZ态（$N\geq 3$），其中$N$微波或光学腔耦合到一个自然的或人造的三能级原子。
2019-10-18 quant-ph
Multiplex-controlled phase gate with qubits distributed in a multi-cavity system
提出了一种多路控制相位门的实现方法，其中n个量子比特分布在n个不同的腔中，n-1个控制量子比特同时控制一个目标量子比特。这种多量子比特门是通过使用n个qutrit（三能级自然或人工原子）放置在n个不同的腔中，这些腔与辅助qutrit耦合来实现的。在这里，量子位的两个逻辑状态由放置在腔中的qutrit的两个最低能级表示。我们表明，这种n量子比特控制的相位门可以实现只使用2n+2个基本操作，即，所需的基本操作的数量仅随量子位的数量n线性增加。由于每个基本操作都采用量子-腔或量子-脉冲共振相互作用，因此当量子比特数不多时，可以快速实现门。数值模拟结果表明，利用电路QED系统可以高保真地实现由分布在三个不同腔体中的三个量子比特组成的三量子比特控制相位门。这一方案具有很强的普适性，适用于原子、NV中心、量子点或各种超导量子点分布在不同腔中的物理系统。最后，这种方法可以应用于实现一个多量子位控制的相位门与原子使用一个腔。详细讨论了用原子和一个腔实现三量子比特受控相位门的方法。
2018-06-12 quant-ph
Generation of quantum entangled states of multiple groups of qubits distributed in multiple cavities
假设腔初始处于Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态，我们证明了分布在N个腔中的N群量子比特的GHZ态可以通过3步操作产生。N群量子比特的GHZ态是通过将N群量子比特置于N个腔中产生的。在这里，“qutrit”指的是三能级量子系统，其中最低的两个能级代表一个量子比特，而第三个能级充当GHZ态创建所需的中间态。该方案不依赖于基于腔的量子网络的结构和耦合腔的方式。操作时间与量子比特的数量无关。GHZ态的制备是确定性的，因为不需要测量量子态或腔态。此外，在整个操作期间量子位的第三能级实际上被激发，因此从更高能级的退相干被大大抑制。该提议是相当普遍的，并且原则上可以应用于使用不同类型的物理量子来创建许多量子位的GHZ状态（例如，原子、量子点、NV中心、各种超导量子点等）分布在多个空腔中。作为一个具体的例子，我们进一步讨论了制备GHZ态的四组transmon量子比特（每组由三个量子比特组成）分布在四个一维传输线谐振器排列在一个阵列中的实验可行性。
2020-03-31 quant-ph
Implementing a Ternary Decomposition of the Toffoli Gate on Fixed-FrequencyTransmon Qutrits
量子计算通常使用作用于两级量子比特或量子比特的量子操作来执行。现代量子计算机中的量子位遭受与环境的不可避免的有害相互作用，这些相互作用在计算期间导致错误，多量子位操作通常是主要限制。大多数量子设备自然具有多个可访问的能级，超出了传统上用于定义量子位的最低两个能级。Qudits为量子信息的存储和处理提供了更大的状态空间，降低了量子线路的复杂度，提高了量子算法的效率。在这里，我们通过实验证明了云使能的固定频率超导transmons上的多量子位操作的三元分解。具体来说，我们实现了一个保序Toffoli门由四个两transmon操作，而最佳的保序二进制分解使用八个\texttt{CNOT}的线性transmon拓扑。这两种分解都通过真值表保真度进行基准测试，其中三元方法优于\texttt{ibmq\_jakarta}上的大多数transmons集，并且通过量子过程断层扫描进一步对一组transmons进行基准测试，以实现78.00\% $\pm$ 1.93\%的平均门保真度。
2021-09-01 quant-ph
Demonstration of Geometric Landau-Zener Interferometry in a Superconducting Qubit
几何量子操纵和朗道-齐纳干涉术已经在许多量子系统中分别进行了研究。在这封信中，我们结合这两种方法来研究超导相位量子比特的动力学。我们实验证明了朗道-齐纳干涉术的基础上，在这个固态量子比特的纯几何相位。我们观察到的两个连续的朗道-齐纳跃迁之间的演化中积累的纯几何相位所造成的干扰，而动力学相位被抵消的自旋回波脉冲。量子比特态的完全可控性作为固有鲁棒几何相位的函数，为量子态操纵提供了一种有前途的方法。
2014-01-27 quant-ph
Experimental Demonstrations of Native Implementation of Boolean Logic Hamiltonian in a Superconducting Quantum Annealer
该研究在超导量子退火机中原生实现与布尔逻辑真值表一致的 Hamiltonian，演示 NAND、NOR 及六量子比特乘法器，为电路可满足性和因式分解等领域专用量子混合计算提供可扩展方案。
2021-06-17 quant-ph
Experimental demonstration of robustness under scaling errors for superadiabatic population transfer in a superconducting circuit
本文在超导transmon电路中实验演示了saSTIRAP布居转移对标度误差的鲁棒性，并发现高反绝热脉冲强度下出现超越常规saSTIRAP框架的新平台。
2023-07-04 quant-ph
Experimental demonstration of fault-tolerant state preparation with superconducting qubits
稳健的量子计算需要将精细的量子信息编码成环境难以改变的自由度。量子编码已经在许多物理系统中通过观察和纠正存储错误得到了证明，但应用程序不仅需要存储信息;即使在错误的操作下，我们也必须准确计算。容错量子计算的理论通过提供限制错误传播的基础和技术集合来照亮前进的道路。在这里，我们实现了一个最小的量子码在一个五量子比特超导transmon设备，并展示容错状态的准备。我们通过量子过程层析成像来表征所得到的码字，并研究了逻辑观测量的自由演化。我们的结果是一致的容错状态准备在一个受保护的量子比特子空间。
2017-05-25 quant-ph
Experimental demonstration of work fluctuations along a shortcut to adiabaticity with a superconducting Xmon qubit
在“捷径到绝热性”（STA）协议中，抑制参考“绝热”轨迹的非绝热跃迁的反绝热哈密顿量在量子热力学的框架中引起工作成本的量子不确定性。根据最近导出的理论[Funo et al 2017 Phys. Rev. Lett. 118 100602]，我们在一个高质量的超导Xmon量子位中进行了STA工作统计的实验测量。通过冻结哈密顿量和冻结布居技术，我们在实验上实现了对给定初始本征态的功分布的两点测量。我们的实验统计验证了（i）平均STA功的守恒性和（ii）STA超额功涨落与量子几何张量之间的相等性。
2018-05-28 quant-ph
Demonstration of long-range correlations via susceptibility measurements in a one-dimensional superconducting Josephson spin chain
自旋链一直被认为是实现长程相互作用、纠缠产生和量子态转移的有效介质。在这项工作中，我们探讨了超导磁通电路实现的自旋链的性质，设计作为两个超导量子比特之间的连接介质。链的易感性进行了探讨，并显示支持远程，跨链相关性。此外，两个末端量子比特之间的相互作用，介导的耦合链，证明。这项工作在短期量子退火处理器中具有直接的适用性，作为在量子比特之间产生长距离相干耦合的一种手段。
2021-11-09 quant-ph
Demonstration of a non-Abelian geometric controlled-Not gate in a superconducting circuit
希尔伯特空间中量子态的非阿贝尔几何变换所产生的完整性为量子计算提供了一种很有前途的方法。这些完整性是不可交换的，因此可以用于实现量子逻辑门的通用集合，其中全局几何特征可能导致一些抗噪声的优点。在这里，我们报告的第一个片上实现的非阿贝尔几何控制非门的超导电路，这是一个积木构建完整的量子计算机。条件动力学是在一个全对全连接的架构中实现的，该架构涉及多个频率可调的超导量子比特可控地耦合到谐振器;任何两个量子比特之间的完整门可以通过在与谐振器谐振时调谐它们的频率并向其中一个施加双音驱动来实现。这个门代表了在超导平台上实现全几何可扩展量子计算的重要一步。
2021-06-27 quant-ph
Demonstration of irreversibility and dissipation relation of thermodynamics with a superconducting qubit
实验研究了超导Xmon量子位元的耗散与量子不可逆性之间的关系。在不可逆计算中，这种关系也包含了第二定律和关于耗散的Landauer原理。在我们的实验中，量子比特被初始化为根据吉布斯分布的状态。工作注入和提取过程通过两种单一的驱动协议进行，无论是前向过程和相应的镜像反转。采用相对熵和相对Re'nyi熵来度量成对的前向和后向功注入或提取过程之间的不对称性。实验表明，测量不可逆性的相对熵和相对Re'nyi熵分别与功耗散的平均值和指数化功耗散的平均值有关。我们的工作为量子热力学理论提供了坚实的实验支持。
2017-11-07 quant-ph
