Optimizing frequency allocation for fixed-frequency superconducting quantum processors
固定频率超导量子处理器是最成熟的量子计算架构之一，具有高相干量子位和简单的控制。然而，高保真多量子比特门对这些处理器中的各个量子比特频率提出严格的要求，并且由于约瑟夫森结的制造中的大分散，当构造更大的处理器时，这些约束难以满足。在这篇文章中，我们提出了一种基于混合整数规划的优化方法，该方法可以确定量子比特频率，以最大限度地提高量子处理器的制造产量。我们研究了传统的量子位和量子（三级）架构与交叉共振相互作用处理器。我们将这些架构与基于纠缠门的差分AC-斯塔克位移进行比较，并表明我们的方法大大提高了制造产量，也增加了这些设备的可扩展性。我们的方法是通用的，可以适应的问题，必须避免特定的频率冲突。
2022-03-22 quant-ph
Finite-size criticality in fully connected spin models on superconducting quantum hardware
多体系统中集体行为的出现是量子临界性分离物质不同相的原因。在磁场中相互作用的自旋系统提供了一个诱人的机会来测试不同的方法来研究量子相变。在这项工作中，我们利用量子算法提供的新资源来检测全连接自旋$-1/2$模型的量子临界行为。我们定义了一个合适的哈密顿取决于内部各向异性参数$γ,$，使我们能够检查三个范例的自旋模型，其晶格是一个完全连接的图形。我们提出了一种基于变分算法运行在超导transmon量子比特的方法来检测有限大小的系统的临界行为。我们计算了第一激发态和基态之间的能隙、沿系统易磁化轴的磁化强度以及自旋-自旋关联。最后，我们报告了一个讨论的可行性缩放这样的方法在一个真正的量子设备的系统具有的尺寸，使得经典的模拟开始需要大量的资源。
2023-01-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Error-disturbance uncertainty relations in a superconducting quantum processor
本文在NISQ超导量子处理器上通过顺序弱测量实验检验误差-扰动不确定性关系，发现Heisenberg EDR被违反而Ozawa和Branciard EDR在整个测量强度范围内均成立，验证了普适EDR在含噪量子处理器中的有效性。
2023-11-01 quant-ph
Multi-mode superconducting circuits for realizing strongly coupled multi-qubit processor units
处理器中的量子比特间耦合和量子比特连通性对于实现高保真多量子比特门和高效实现量子算法至关重要。典型的超导处理器采用经由频率调谐或微波驱动器激活的相对弱的横向量子位间耦合。在这里，我们提出了一类多模超导电路，实现多个transmon量子比特与所有到所有的纵向耦合。这些“人造分子”直接实现了一个多维希尔伯特空间，由于始终在线的纵向耦合，可以很容易地操纵。我们描述了分析此类电路的基本技术，计算相关属性，并讨论如何优化它们以创建具有通用可编程性的高效小规模量子处理器。
2018-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum simulation of parity-time symmetry breaking with a superconducting quantum processor
在非厄米哈密顿系统中观察真正的量子效应一直是该领域的一个突出挑战。在这里，我们模拟的演化下，这样的哈密顿在量子制度的超导量子处理器上使用的膨胀过程涉及一个辅助量子比特。我们观察到宇称时间（$\mathcal{PT}$）对称性破缺相变的例外点，获得的临界指数，并表明，这种转变是与状态可重复性的损失。在两量子比特的情况下，我们证明了纠缠可以通过局域操作来改变。
2021-11-23 quant-ph
Long-range connectivity in a superconducting quantum processor using a ring resonator
量子比特相干性和门保真度通常被认为是表征量子处理器的两个最重要的指标。一个同样重要的指标是量子比特间的连通性，因为它最大限度地减少了门数，并允许有效地实现算法，减少错误。然而，由于物理实现中的实际约束，超导处理器中的量子比特间连接往往限于最近的邻居。在这里，我们介绍了一种新的超导体系结构，它使用环形谐振器作为多路耦合元件，量子比特均匀分布在其周围。我们的平面设计提供了显着增强的连接状态的最先进的超导处理器，而没有任何额外的制造复杂性。我们从理论上分析了量子比特的连通性，并在一个能够支持多达12个量子比特的设备中进行了实验验证，其中每个量子比特可以连接到其他9个量子比特。我们的概念是可扩展的，适用于其他平台，并有可能显着加快量子计算，退火，模拟和纠错的进展。
2020-12-17 quant-ph
Quantum process tomography of a compressed time evolution circuit on superconducting quantum processors
本文利用量子过程层析表征 IBM 量子处理器噪声，并比较 Trotter 时间演化电路与其压缩版本，证明压缩电路特征值模更大、噪声韧性更强。
2025-09-29 cond-mat.str-el quant-ph
Solving Systems of Linear Equations with a Superconducting Quantum Processor
超导量子线路是构建可扩展量子计算机的一个有希望的候选方案。在这里，我们使用一个四量子比特超导量子处理器来解决一个二维系统的线性方程组的基础上提出的量子算法哈罗，Hassidim，和劳埃德[物理学评论Lett. \textbf{103}，150502（2009）]，其承诺在某些情况下相对于经典算法的指数加速。我们基准的求解器与量子输入和输出，并通过非跟踪保持量子过程层析成像，它产生的过程保真度$0.837\pm0.006$的特点。我们的研究结果突出了超导量子线路在解决大规模线性系统中的应用潜力，这是科学和工程中普遍存在的任务。
2017-03-20 quant-ph
SuperGrad: a differentiable simulator for superconducting processors
本文提出SuperGrad，一个可微分模拟器，通过梯度计算加速超导量子处理器设计，支持哈密顿量构建及静态/动态属性计算，应用于最优控制、设计优化和数据拟合。
2025-04-23 quant-ph
Emergent photon pair propagation in circuit QED with superconducting processors
提出了一种实现光子对在三能级超导电路阵列中传输的方法。假设实验上可达到的具有强非谐性的三能级人工原子通过微波传输线在一维和二维耦合，我们分析了电路的量子电动力学（QED）系统。我们明确地表明，对于一个适当的选择不同的水平之间的耦合比，单光子的传播被抑制和光子对的传播出现。光子对的这种传播导致了与系统相关的极化激元对超流。我们计算了极化激元量子物质的完整相图，揭示了夹在真空和莫特绝缘体状态之间的对超流相，对应于强耦合制度中的极化激元密度等于2。
2020-02-27 cond-mat.quant-gas quant-ph
Efficient Frequency Allocation for Superconducting Quantum Processors Using Improved Optimization Techniques
本研究通过引入收紧约束、边间差异、边方向及多模块边界条件等改进优化技术，实现了超导量子处理器的高效频率分配，支持超千比特芯片且良率超10%。
2024-10-26 math.OC quant-ph
Probing Deconfined Quantum Criticality Point on a Digital Quantum Computer
Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本研究在超导量子处理器上，通过量子虚时演化等方法，成功分辨出z极化铁磁体与价键固体之间的退禁闭量子临界点这一朗道禁戒相变。
2026-10-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Towards Efficient Superconducting Quantum Processor Architecture Design
更多的计算资源（即，更多的物理量子位和量子位连接）不仅提高了性能，而且导致具有较低良率的更复杂的芯片架构。同时优化它们两者是一个困难的问题，因为它们内在的权衡。受特定应用设计原则的启发，本文提出了一种自动化设计流程，以生成简化的超导量子处理器架构，对于不同的量子程序，性能损失可以忽略不计。我们的架构设计为导向的分析方法确定程序组件和模式的性能和产量率的关键。后续的硬件设计流程将复杂的设计过程分解为三个子程序，每个子程序针对不同的硬件组件，并配合相应的剖析结果和物理约束。实验结果表明，我们的设计方法可以优于IBM的通用设计方案，更好的帕累托最优的结果。
2019-11-28 cs.ET quant-ph
Benchmarking 16-element quantum search algorithms on superconducting quantum processors
我们提出了在IBM量子处理器上运行4量子位非结构化搜索的实验结果。我们最好的尝试达到了24.5%左右的成功概率。我们尝试了几种算法，并使用量子搜索的最新发展来减少纠缠门的数量，这些纠缠门目前被认为是量子计算中错误的主要来源。将算法性能的理论预期与实际数据进行比较，我们探索了硬件限制，显示了量子处理器上性能的急剧，相变式退化。我们的结论是，这是非常重要的设计硬件感知算法，并包括任何其他低层次的优化NISQ设备。
2021-01-19 cs.DS 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
Decoherence of up to 8-qubit entangled states in a 16-qubit superconducting quantum processor
我们报告的相干性格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）状态组成的IBM ibmqx 5 16量子位量子处理器中的多达8个量子位。特别是，我们评估GHZ状态与$N=1,\ldots,8$量子位的相干性，作为状态创建和测量之间的延迟时间的函数。我们发现相干性的衰减发生在量子比特数的线性速率上。这与影响系统的主要噪声在量子位之间不相关的模型一致。
2018-11-06 quant-ph
Lindblad Tomography of a Superconducting Quantum Processor
随着第一代纠错量子计算机的进展，需要强大的表征和验证协议来评估物理量子处理器的噪声环境。虽然标准的相干性度量和表征协议，如T1和T2，过程断层扫描和随机基准测试现在无处不在，但这些技术只提供了有关导致处理器错误的动态多量子比特丢失通道的部分信息，这可以通过主方程形式主义中的Lindblad算子更全面地描述。在这里，我们介绍和实验证明Lindblad断层扫描，一个硬件不可知的表征协议断层重建的哈密顿和Lindblad运营商的量子噪声环境从一个合奏的时域测量。在一个小型超导量子处理器上进行Lindblad层析成像，我们证明了这种技术的特点和占状态准备和测量（SPAM）的错误，并允许一个放置的界限适合马尔可夫模型。比较超导量子处理器上的单量子位和双量子位测量结果，我们证明Lindblad断层扫描也可以用于识别和量化量子处理器上的串扰源，例如始终在线的量子位-量子位相互作用的存在。
2022-12-23 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
Mitigating crosstalk and residual coupling errors in superconducting quantum processors using many-body localization
本研究提出基于多体局域化的新型校准方案，有效抑制超导量子处理器中的串扰和残余耦合误差，提升保真度与稳定性，无需大量优化计算，且更高效经济。
2023-10-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech 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
Emergent-Coupling-Based Ansatz Evaluated on a Superconducting Quantum Processor
TU Dortmund University（多特蒙德工业大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
本文提出基于涌现耦合的变分方案，用于评估超导量子处理器上无序Heisenberg链模型的性能，实验显示其在30个量子比特系统中达到96.47%的相对能量精度。
2026-10-05 cond-mat.str-el quant-ph
Genuine 12-qubit entanglement on a superconducting quantum processor
我们报道了在超导处理器中制备和验证一个真正的12量子比特纠缠。我们设计和制造的处理器具有位于一维链上的量子位，弛豫时间范围为29.6至54.6 $μ$ s。12量子比特纠缠的保真度被测量为高于$0.5544\pm0.0025$，超过真正的多体纠缠阈值21个统计标准差。我们的纠缠电路，以产生线性集群状态是深度不变的量子比特的数量，并使用单和双量子比特门，而不是集体相互作用。我们的研究结果是迈向大规模随机电路采样和可扩展的基于测量的量子计算的重要一步。
2019-02-27 quant-ph
Architectural considerations in the design of a third-generation superconducting quantum annealing processor
早期的超导量子退火处理器为研究可扩展的量子计算技术的性能提供了有价值的平台。这些研究直接为我们设计下一代处理器提供了依据。我们这一代的设计优先事项包括增加每量子位连接性，与前几代类似的问题哈密顿能量尺度，减少哈密顿规范错误，以及增加处理器规模，这也使编程和读出时间固定或减少。在这里，我们讨论的具体创新，导致处理器架构，满足这些设计优先级。
2021-08-05 quant-ph
Millikelvin digital-to-analog converter for superconducting quantum processors
S Lab, Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心 S 实验室）
本文提出一种毫开尔文超导数字-模拟转换器，用于超导量子处理器的本地调制，通过单量子flux脉冲编程，实现无需室温直流偏置线的统一参数调谐。
2026-04-28 quant-ph
Microwave Package Design for Superconducting Quantum Processors
具有微波范围内的跃迁频率的固态量子比特，例如超导量子比特，处于量子信息处理的最前沿。然而，即使是在中等规模下，超导量子比特的高保真度，同时控制仍然是一个挑战，部分原因是这些设备包装的复杂性。在这里，我们提出了一种方法，微波封装设计的材料选择，信号线工程和杂散模式抑制为重点。我们描述的设计准则验证使用模拟和测量用于开发一个24端口微波封装。分析量子位环境显示，在11GHz以下没有杂散模式。材料和几何设计选择使封装能够支持寿命超过350 μs的量子位。这里提出的微波封装设计指南解决了许多与近期量子处理器相关的问题。
2021-02-24 quant-ph
A scalable control system for a superconducting adiabatic quantum optimization processor
我们已经设计，制造和操作一个可扩展的系统，用于应用独立可编程的时间无关的，有限的时间相关的磁通偏置来控制集成电路中的超导器件。在这里，我们报告的操作系统设计提供64磁通偏置的设备在电路设计为超导绝热量子优化系统的单位细胞。该系统需要6条数字地址线、2条电源线和少量全局模拟线。
2010-03-24 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Observation of Two-Vertex Four-Dimensional Spin Foam Amplitudes with a 10-qubit Superconducting Quantum Processor
量子计算机是理解具有高计算复杂性的大型量子多体系统的一种越来越有希望的手段。这样的系统表现出量子态的复杂演化，并且在基础物理学中占主导地位，例如，量子引力。利用量子计算机计算不同量子态之间的跃迁振幅是解决这类计算复杂性问题的有效途径之一。在这项工作中，我们应用一个10量子比特的超导量子处理器，其中的所有到所有的电路连接，使一个多体纠缠门，是非常有效的状态生成，研究在环量子引力的跃迁振幅。随着量子比特相干性、控制精度和集成度等器件指标的不断提高，超导量子处理器有望在处理多体动力学方面超越经典处理器，并可能导致对量子引力更深入的理解。
2020-07-27 gr-qc hep-th quant-ph
A programmable three-qubit superconducting processor with all-to-all connectivity
超导电路是量子计算技术的前沿，因为它无与伦比地结合了良好的相干性、快速门和设计参数的灵活性。在超导体系结构中展示小量子算法的大多数实验都使用了transmon量子位和横向量子位-量子位耦合。然而，由于大多数最先进的架构依赖于一维或二维的最近邻耦合，因此高效的通用数字计算仍然是一个挑战。有限的连通性和仅两个量子比特纠缠门的可用性导致算法的效率低下，保真度降低。在这项工作中，我们提出了一个可编程的三量子位处理器，昵称为“trimon”，具有强的全对全耦合和访问本地三量子位门。我们实现了三个量子比特版本的各种算法，即Deutsch-Jozsa，Bernstein-Vazirani，Grover搜索和量子傅里叶变换，以展示我们的处理器的性能。我们的研究结果显示了三振子作为具有增强的量子比特-量子比特连接性的更大系统的构建块的潜力。
2018-09-03 quant-ph
Characterizing Many-body Dynamics with Projected Ensembles on a Superconducting Quantum Processor
本文在16量子比特超导处理器上利用投影系综实验研究了混沌量子多体系统，通过观测Haar分布投影系综证实了深度热化，并引入系综平均熵建立多体信息泄漏基准，为量子多体动力学研究铺路。
2025-06-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Analyzing the Performance of Variational Quantum Factoring on a Superconducting Quantum Processor
在短期内，量子-经典混合算法具有超越经典方法的巨大潜力。理解这两种计算范式如何协同工作对于确定这种混合算法可以提供量子优势的领域至关重要。在这项工作中，我们研究了基于QAOA的量子优化算法，通过实现变分量子因子（VQF）算法。我们使用超导量子处理器进行实验演示，并研究量子资源（量子位数和电路深度）与给定双素数成功分解的概率之间的权衡。在我们的实验中，整数1099551473989、3127和6557分别用3、4和5个量子位分解，使用多达8层的QAOA模拟器，我们能够确定给定实例的最佳电路层数，以最大化成功概率。此外，我们证明了不同的噪声源对QAOA的性能的影响，并揭示了量子比特之间的剩余ZZ耦合作为超导量子处理器中的主要误差源所引起的相干误差。
2021-03-09 quant-ph
Deterministic Bidirectional Communication and Remote Entanglement Generation Between Superconducting Quantum Processors
我们提出并实验证明了一个简单而有效的方案，两个远程超导模块之间的光子通信。每个模块由一个随机存取量子信息处理器和一个单通量可调transmon组成。两个处理器芯片通过一米长的同轴电缆连接，该电缆耦合到每个芯片上的专用“通信”谐振器。两个通信谐振器与电缆的模式杂交以形成对同轴电缆中的衰减高度免疫的暗“通信模式”。我们通过参数驱动调制transmon频率，以在transmon和通信模式之间产生边带相互作用。我们证明了双向单光子传输的成功概率超过60%，并产生纠缠贝尔对的保真度为79.3 $\pm$ 0.3%。
2018-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Experimental high-dimensional multi-qubit Bell non-locality on a superconducting quantum processor
Tampere University（坦佩雷大学）；Helsinki Institute of Physics（赫尔辛基物理研究所）；Aalto University（阿尔托大学）
研究通过超导量子硬件 advances 探索高维和多体贝尔非局域性，展示 d=64 系统中高置信度贝尔违反，证明高维非局域性，且非局域性为集体效应。
2026-04-27 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph quant-ph
M2CS: A Microwave Measurement and Control System for Large-scale Superconducting Quantum Processors
本文提出M2CS微波测量与控制系统，以紧凑模块化设计实现高性能、可扩展性，满足大规模超导量子处理器测量控制需求，并适用于其他量子平台。
2024-08-21 quant-ph
Implementation and readout of maximally entangled two-qubit gates quantum circuits in a superconducting quantum processor
本文在基于 transmon 的 5 比特超导量子处理器上，比较了从单比特到最大纠缠 Bell 电路的性能，提出并验证了“乘积读出概率”和“条件读出概率”两种读出范式，以优化量子算法的输出解释。
2025-03-31 quant-ph
Numerical simulation methods for quantum sensing at parametric criticality
Aalto University（阿尔托大学）
研究在临界点附近超导 Kerr 参数共振器的传感特性，利用 semiclassical 近似求解 Heisenberg-Langevin 和 Fokker-Planck 方程，展示探针输入态对开关事件概率的增强作用。
2026-04-20 quant-ph
Realizing leakage elimination operator-based adiabatic speedup on a superconducting quantum processor
College of Physics and Optoelectronic Engineering, Ocean University of China（中国海洋大学物理与光电工程学院）；China Mobile (Suzhou) Software Technology Co., Ltd（中国移动（苏州）软件技术有限公司）；School of Sciences, Qingdao University of Technology（青岛理工大学理学院）
本文在IBM超导量子处理器上实验实现了基于泄漏消除算子(LEO)的绝热加速，通过优化脉冲提高了短时间内的绝热保真度，验证了该策略在真实硬件上的可行性。
2026-05-31 quant-ph
3D Ising criticality with Platonic lattice superconducting qubits
Zhejiang University（浙江大学）；Peking University（北京大学）；Tencent Quantum Laboratory, Tencent（腾讯量子实验室）
利用柏拉图晶格几何的9量子比特超导处理器，通过数字量子模拟精确提取3D伊辛模型的临界指数，验证了共形场论预测。
2026-06-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
In-situ bandaged Josephson junctions for superconducting quantum processors
阴影蒸发通常用于微制造超导量子比特的关键元件-约瑟夫森结。然而，在传统的两角度沉积电路拓扑中，产生了不想要的杂散约瑟夫森结，这会导致介电损耗。到目前为止，这可以通过在额外的光刻步骤中沉积所谓的绷带层来缩短杂散结来避免，这可能进一步污染芯片表面。在这里，我们提出了一种改进的阴影蒸发技术，允许一个制造亚微米尺寸的约瑟夫森结连同绷带层在一个单一的光刻步骤。我们还表明，结老化显着减少时，结电极直接沉积后在氧气气氛中氧化。
2021-10-09 physics.app-ph quant-ph
Stark many-body localization on a superconducting quantum processor
量子模拟器，由于其高度的可调性和控制性，允许观察封闭量子多体系统的精细方面，无论是热化发生的状态，还是它因无序的存在而停止的状态。后者，被称为多体局域化（MBL）现象，描述了非遍历行为，是动态确定的本地信息的保存和缓慢的纠缠增长。在这里，我们提供了一个精确的观察这种现象的情况下，现场能源景观不是无序的，而是线性变化，模仿斯塔克MBL。为此，我们构建了一个由32个超导量子比特组成的量子器件，忠实地再现了不可积自旋模型的弛豫动力学。我们的研究结果描述了实时演化的规模超过了目前在经典计算机中精确模拟所能达到的规模，标志着量子优势的开始，从而为量子计算作为解决失衡多体问题的资源铺平了道路。
2020-11-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Realizing a quantum generative adversarial network using a programmable superconducting processor
生成对抗网络是一种新兴技术，在机器学习中有着广泛的应用，它在许多具有挑战性的任务中取得了巨大的成功，包括图像和视频生成。当配备量子处理器时，它们的量子对应物-称为量子生成对抗网络（QGAN）-甚至可能在某些机器学习应用中表现出指数优势。在这里，我们报告的QGAN使用可编程的超导处理器，其中发电机和超导体的参数化通过层的单和多量子位量子门的实验实现。编程的QGAN自动运行几轮具有量子梯度的对抗性学习，以实现纳什均衡点，其中生成器可以复制模拟训练集的数据样本。我们的实现是有希望的，以扩大到嘈杂的中等规模的量子器件，从而铺平了道路的实验探索量子优势在实际应用中与近期的量子技术。
2020-09-27 quant-ph
Braiding fractional quantum Hall quasiholes on a superconducting quantum processor
本研究使用小型含噪超导量子处理器，在薄圆柱体简化模型框架内模拟分数量子霍尔准空穴的直接编织，通过ancilla控制绝热演化序列并采用复合误差缓解策略测量拓扑相位，为研究分数量子霍尔态的编织统计开辟了新途径。
2023-04-18 cond-mat.str-el quant-ph
Observation of Bloch Oscillations and Wannier-Stark Localization on a Superconducting Processor
Bloch振荡（BO）和Wannier-Stark局域化（WSL）是凝聚态物理中关于金属-绝缘体相变的基本概念。这些现象在半导体超晶格中也被观察到，并在光子波导阵列和冷原子等平台上进行了模拟。在这里，我们报告的BO和WSL的实验研究模拟与5-qubit可编程超导处理器，其中的有效哈密顿量是各向同性的$XY$自旋链。当通过适当地调整所有单个量子位来向系统施加线性势时，我们观察到链上单个自旋的传播被抑制。它倾向于在其初始位置附近振荡，这表明了BO和WSL的特性。我们验证了WSL长度与电势梯度呈负相关。受益于我们实验中所有量子位的精确单次同时读出，我们还可以研究热输运，这需要联合测量多个量子位。实验结果表明，作为BO和WSL的一个基本特征，热输运在线性势下也被阻断。我们的实验可以扩展到更多的超导量子比特，用于模拟量子多体系统中的各种非平衡问题。
2021-03-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Architectural considerations in the design of a superconducting quantum annealing processor
我们已经开发了一个量子退火处理器，基于可调耦合的rf-SQUID通量量子比特阵列，在超导集成电路工艺中制造[1]。在512个量子位和1472个可编程量子位间耦合器的规模下实现这种类型的处理器，并在~20 mK下运行，需要注意许多考虑因素，这些考虑因素可能在几十个左右的较小规模的设备上忽略。在这里，我们将讨论其中的一些考虑因素，以及构建一个实用的处理器所需的微妙平衡，该处理器尊重量子算法所施加的苛刻物理要求。特别是，我们将审查在物理布局的平面规划中发挥作用的一些设计权衡，由具有算法上有用的一组量子位间耦合器的愿望驱动，同时需要将可编程控制电路嵌入处理器结构。在这种情况下，我们已经开发了一种新的超低功耗嵌入式超导数模磁通转换器（DAC）用于编程处理器的零静态功耗，优化，以实现最大的磁通存储密度每单位面积。512个单级、3520个两级和512个三级通量DAC采用XYZ寻址方案控制，需要56条线。我们估计最坏情况下整个处理器重新编程的片内耗散能量约为65 fJ。基于这种架构的几个芯片已经在我们的工厂和两个外部工厂成功制造和运行（例如参见[2]）。
2014-01-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Cryogenic Multiplexing Control Chip for Superconducting Quantum Processor
Tsinghua University（清华大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology（北京信息科学与技术国家研究中心）；Beijing Innovation Center for Future Chips, Tsinghua University（清华大学未来芯片创新中心）
该研究提出一种低温多路复用控制芯片（MCC），可通过单根微波电缆控制多个超导量子比特，经仿真验证其性能，能减少微波控制线数量，助力大规模超导量子处理器研发。
2026-10-15 quant-ph
Quantum computation with universal error mitigation on superconducting quantum processor
在不久的将来，可能会开发出集成数百个物理量子比特的中等规模量子器件。然而，此类设备将缺乏实现量子容错的资源。因此，探索量子计算优势的主要挑战是在不编码的情况下最大限度地减少设备和控制缺陷的影响。量子纠错是满足这一要求的一种解决方案。在这里，我们展示了一个错误缓解协议的基础上门集层析成像和准概率分解。一个和两个量子位电路的超导设备上进行了测试，并成功地抑制了计算误差。由于该协议对于计算期望值的数字量子计算机和算法是通用的，因此我们的研究结果表明，错误缓解可能是不久的将来量子计算的重要组成部分。
2018-12-28 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
FPGA-based electronic system for the control and readout of superconducting quantum processors
量子位控制和测量的电子系统是量子编程语言和量子信息处理器之间的桥梁。随着超导量子线路（SQC）技术的快速发展，电子系统需要大规模系统中的同步、低延迟执行和低噪声。在这里，我们提出了一个现场可编程门阵列（FPGA）为基础的电子系统与分布式同步时钟和触发架构。该系统支持量子位的同步控制，抖动约为5 ps。我们在FPGA中实现了一个实时数字信号处理系统，实现了精确的定时控制，任意波形生成，IQ解调的量子位状态歧视，并生成实时量子位状态相关的触发信号的反馈/前馈控制。硬件和固件低延迟设计将电子系统的反馈/前馈延迟降低到125 ns，显著小于量子位的退相干时间。最后，我们展示了该系统的功能和低噪声性能，使用fluxonium量子处理器。
2022-06-29 physics.ins-det quant-ph
Quantify the Non-Markovian Process with Intervening Projections in a Superconducting Processor
马尔可夫假设认为物理系统是无记忆的，以简化其动力学。而记忆效应或非马尔可夫现象在本质上更具有普遍性。在量子体系中，非马尔可夫过程的定义和量化是一个挑战，因为量子系统的测量经常会对它产生干扰.我们在超导处理器中模拟了开放量子动力学，并对非马尔可夫过程进行了表征和量化.利用完整的介入投影集和量子位的最终测量，可以确定受限的过程张量以考虑量子位-环境相互作用。我们应用过程张量来预测具有记忆效应的量子态，得到平均保真度为$99.86\%\pm 1.1\unicode{x2030}$。我们进一步推导出了以历史操作为条件的剩余过程的Choi状态，并以清晰的操作解释量化了非Markovianity。
2021-06-18 quant-ph
State Similarity in Modular Superconducting Quantum Processors with Classical Communications
本文提出面向模块化超导量子处理器的跨平台保真度估计算法，降低样本复杂度，并通过GHZ态验证与联邦量子核相位学习实验证明其可扩展、隐私保护的应用价值。
2025-06-11 quant-ph
Many-body Hilbert space scarring on a superconducting processor
量子多体结疤（QMBS）是最近发现的强相互作用量子系统中弱遍历性破缺的一种形式，它为减轻量子信息处理中热化引起的退相干提供了机会。然而，现有的实验实现QMBS是基于动力学约束的系统，其中出现的动力学对称性“屏蔽”这样的状态，从热化的大部分频谱。在这里，我们实验上实现了一种独特的QMBS现象，通过近似解耦的一部分，多体希尔伯特空间的计算基础。利用可编程超导处理器与30个量子位和可调耦合，我们实现了希尔伯特空间疤痕在不同的几何形状，包括线性链以及准一维梳状几何的无约束模型。通过对4量子比特子系统进行全量子态层析成像，我们通过测量量子比特布居动力学、量子保真度和初始产物态猝灭后的纠缠熵，为QMBS态提供了强有力的证据。我们的实验结果拓宽了QMBS机制的研究领域，并为利用QMBS态中的相关性在量子信息技术中的应用铺平了道路。
2022-03-19 cond-mat.stat-mech 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
Variational Quantum Computation of Molecular Linear Response Properties on a Superconducting Quantum Processor
模拟分子的响应特性对于解释实验光谱和加速材料设计至关重要。然而，它仍然是一个长期存在的计算挑战的电子结构方法在经典计算机上。虽然量子计算机有望在长期内更有效地解决这个问题，但需要深度量子线路的现有量子算法对于短期噪声量子处理器是不可行的。在这里，我们介绍了一个实用的变分量子响应（VQR）算法的响应特性，它绕过了需要深量子线路。利用该算法，我们首次在超导量子处理器上模拟了分子的线性响应特性，包括动态极化率和吸收光谱。我们的研究结果表明，一大类重要的动力学性质，如格林函数的范围内的短期量子硬件使用该算法结合适当的错误缓解技术。
2022-09-27 physics.chem-ph quant-ph
Simulating Chern insulators on a superconducting quantum processor
在30比特超导处理器上利用合成维度实验演示了三种Chern绝缘体，通过测量能带结构与边缘激发局域化验证体边缘对应，并模拟了双层系统中的零霍尔电导率边缘态与高Chern数绝缘体。
2023-09-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistics of topological defects across a phase transition in a digital superconducting quantum processor
本研究在最多100比特的超导量子处理器上探究一维横场量子Ising模型的扭结密度统计，证实高阶累积量满足KZM普适幂律，发现有限尺寸短淬火下KZM失效，并用张量网络模拟验证了更大系统的结果。
2025-06-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
