Designing Robust Unitary Gates: Application to Concatenated Composite Pulse
我们提出了一个简单的形式化设计酉门对给定的系统误差鲁棒。这种形式主义概括了我们以前的观察[Y。Kondo和M. Bando，J. Phys. Soc. Jpn. 80，054002（2011）]，在一些复合门中消失动态相位对于抑制幅度误差是必要的。通过采用我们的形式主义，我们自然地得到一个新的复合酉门，它可以被看作是两个已知的复合酉操作的级联。与现有的复合门相比，所得到的酉门在更宽的误差强度范围内具有高保真度。
2011-11-23 quant-ph
Designing Filter Functions of Frequency-Modulated Pulses for High-Fidelity Two-Qubit Gates in Ion Chains
量子计算机中的高保真双量子比特门经常受到波动的实验参数的阻碍。时变参数波动的影响导致量子比特上的相干噪声，这可以通过设计具有适当滤波函数的控制信号来抑制。在这里，我们开发了用于捕获离子量子计算机的Mølmer-Sørensen门的滤波器函数，该函数可以准确预测由于任何频率下的小参数波动而导致的门误差的变化。然后，我们设计的频率调制的激光脉冲的滤波器功能，并比较这种方法与脉冲是强大的静态偏移的运动模式频率。在实验上，我们测量了运动模的噪声谱，并将其用于设计滤波器函数，在五离子链中将门保真度从99.23（7）%提高到99.55（7）%。
2023-01-05 quant-ph
Generating a state $t$-design by diagonal quantum circuits
我们研究协议生成一个状态$t$ -设计通过使用一个固定的可分离的初始状态和一个对角酉$t$ -设计的计算基础，这是一个$t$ -设计的合奏对角酉矩阵的随机相位作为其特征值。我们首先证明了对角酉$t$ -设计生成$O(1/2^N)$ -近似态$t$ -设计，其中$N$是量子比特数。然后，我们讨论了一种方法，通过利用非对角门应用对角酉$t$设计后，提高了近似度。我们还证明了利用具有随机相位的$O(\log_2 t)$ -量子比特门通过对角量子线路生成对角酉$t$ -设计的必要性和充分性，并且每个多量子比特对角门可以用具有离散值随机相位的多量子比特受控相位型门序列来代替.最后，我们分析了由{ \it非对角}二和一量子位门实现对角酉$t$设计所需的门数。我们的结果提供了对角量子线路在量子信息任务中的具体应用。
2014-05-26 quant-ph
Designing globally optimal entangling gates using geometric space curves
本文提出将量子演化映射到几何空间曲线，以在弱耦合量子比特中找到实现目标纠缠门的所有脉冲，从而设计全局最优纠缠门，并在硅量子点自旋量子比特上实现保真度超99%的快速CNOT等价门。
2022-04-06 quant-ph
Designing gate operations for single ion quantum computing in rare-earth-ion-doped crystals
基于稀土离子掺杂晶体的量子计算机在可扩展性和连通性方面显示出很有前途的特性，如果单离子可以用作量子比特的话。通过模拟，我们研究了这些量子比特上的门操作，并讨论了门和系统参数如何影响门误差，每个量子比特所需的频率带宽以及瞬时谱扩散（ISD）发生的风险。此外，我们研究如何在系统参数的不确定性影响门误差，以及如何精确的系统需要知道。在不考虑ISD的情况下，我们发现了$2.1\cdot 10^{-4}$和$3.4\cdot 10^{-4}$的任意单比特门的门误差，并且在偶极-偶极相互作用强度的很大范围内，我们构造了误差从$5\cdot 10^{-4} \rightarrow 3\cdot 10^{-3}$到$3.4\cdot 10^{-4}$的双比特门.
2021-08-10 quant-ph
Decomposition of Diagonal Hermitian Quantum Gates Using Multiple-Controlled Pauli Z Gates
量子逻辑分解是指将给定的量子门分解为一组物理上可实现的门。提出了一种将任意对角量子门分解为一组绕z轴多重旋转量子门的方法。本文研究了一类特殊的对角量子门，即对角厄米量子门，并对这类量子门的分解问题提出了一个新的观点。它首先表明，这些门可以被分解成一组，仅由多个控制的Z门。然后介绍了对角厄米特门的二进制表示。它表明，多控制Z门的二进制表示形式的矢量空间，是由所有对角厄米量子门的二进制表示产生的基础。此外，分解一个给定的对角厄米特门的问题被映射到在上述特定的基础上写其二进制表示的问题。此外，CZ门被建议作为分解库中的两量子比特门，而不是以前使用的CNOT门。实验结果表明，该方法可以导致电路与以前的相比，成本较低。
2014-05-26 cs.ET quant-ph
Minimal entanglement for injecting diagonal gates
本文研究容错量子计算中非Clifford门注入的资源瓶颈，证明对角门对应魔法态的零度刻画所需非局域资源，并构造仅用该数量ebit的局部稳定子电路，同时证明边不相交路径编译算法可生成最小深度电路。
2024-03-27 quant-ph
Möbius-Guided Diagonal-Gate Compilation with Native Multiqubit Controlled-Phase Gates on Neutral-Atom Processors
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Department of Computer Science and Engineering, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学计算机科学与工程系）；State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）
研究针对中性原子处理器，提出莫比乌斯引导编译器，通过子集格莫比乌斯反演将对角相位函数映射到相位超图，结合中性原子调度器，经基准测试，为利用该硬件原生能力提供可行编译策略。
2026-07-31 quant-ph
Quantum Lego Power-up: Designing Transversal Gates with Tensor Networks
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Microsoft Quantum（微软量子）
利用量子积木形式设计支持可寻址反向门的代码，克服传统方法的限制，实现高效故障容忍计算。
2026-03-03 quant-ph
Optimized synthesis of circuits for diagonal unitary matrices with reflection symmetry
针对NISQ时代量子电路优化需求，本文研究具有反射对称性的对角酉矩阵电路综合，提出优化纠缠门数的构造性算法，相比通用方法将门数和电路深度均减少近一半。
2024-04-12 quant-ph
Designing High-Fidelity Zeno Gates for Dissipative Cat Qubits
本文通过重新设计耗散猫量子比特的库模式，提出四种高保真且保持偏置的芝诺门方案，以克服现有门操作中未受保护噪声标度差的问题，并兼顾近期可实现与长远实现两种路径。
2023-07-23 quant-ph
Automatic Depth-Optimized Quantum Circuit Synthesis for Diagonal Unitary Matrices with Asymptotically Optimal Gate Count
本文针对对角酉矩阵综合提出一种深度优化算法，在保持渐近最优门数的同时将电路深度较先前方法降低近一半，并在随机矩阵和QAOA电路上验证了显著效果。
2022-12-02 quant-ph
Diagonal operator decomposition on restricted topologies via enumeration of quantum state subsets
针对物理量子设备的原生门与连接限制，本文提出仅含 CX 电路的分析框架，给出多种拓扑下对角算子的分解构造及两种降成本变体。
2024-03-04 quant-ph
An automated geometric space curve approach for designing dynamically corrected gates
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Virginia Tech Center for Quantum Information Science and Engineering（弗吉尼亚大学量子信息与工程中心）；Error Corp.（Error公司）
本文提出BARQ方法，通过几何空间曲线形式设计动态校正门，解决传统方法中门与噪声鲁棒性之间的权衡问题，提高门保真度。
2025-03-14 quant-ph
A Classification of Transversal Clifford Gates for Qubit Stabilizer Codes
本文根据可横截实现的对角Clifford门集合对量子比特稳定子码进行分类，证明其门群必属于六个矩阵群族之一，并基于Rains的自同态矩阵代数理论给出了完整的对角Clifford对称性分类。
2025-07-14 quant-ph
Diagonal quantum circuits: their computational power and applications
对角量子线路是在计算基中仅包括对角门的量子线路。尽管对角量子线路在所有门的交换性意义上具有经典特征，但它们的计算能力极有可能优于经典电路，并且它们被开发用于量子信息任务中的应用。本文综述了对角量子线路的计算能力及其应用。本文研究了一类特殊的对角量子线路--瞬时量子多项式时间（IQP）线路的计算能力。然后，我们回顾了随机态的近似生成作为对角量子线路的应用，其中随机态是均匀分布在希尔伯特空间中的纯态的系综。我们还提出了一种利用对角量子线路的经典哈密顿量的热化算法。这些应用是可行的，实验上实现现有技术，由于一个简单的和强大的结构的对角门。
2014-08-04 quant-ph
Variational Quantum State Diagonalization
变分混合量子经典算法是近期在量子计算机上实现的有希望的候选者。在这些算法中，量子计算机评估门序列的成本（与经典成本评估相比具有加速），并且经典计算机使用此信息来调整门序列的参数。在这里我们提出了这样一个算法的量子态对角化。状态对角化在凝聚态物理中有应用（例如，纠缠光谱学）以及机器学习（例如，主成分分析）。对于一个量子态$ρ$和门序列$U$，我们的成本函数量化了$ UρU^{\dagger}$离对角线有多远。我们引入新的短深度量子线路来量化我们的成本。最小化该成本将返回近似对角化$ρ$的门序列。然后可以读出$ρ$的最大特征值和相关特征向量的近似值。作为原理证明，我们在Rigetti的量子计算机上实现了我们的算法，以对角化一个量子比特状态，并在模拟器上找到海森堡模型基态的纠缠谱。
2019-06-26 quant-ph
Designing robust gate implementations for quantum information processing
量子信息处理系统通常通过时间相关控制来操作;以使得所得操作对未知或不可控系统参数的变化不敏感的方式选择这些控制是获得高保真度门操作的重要先决条件。在这篇文章中，我们提出了一种数值方法来构造这样的鲁棒控制序列的一个相当一般的类量子信息处理系统。作为该方法的一个应用，我们设计了一个强大的实现中心的稀土量子计算，系综量子计算系统Ohlsson等人提出的相移操作。[Opt.Comm.201，71（2002）]。在这种情况下，该方法已被用于获得相对于系综成员之间的差异的高度不敏感性，但它同样适用于具有单个物理系统的量子计算。
2003-12-09 quant-ph
Toward The Universal Quantum Cloner Limit For Designing Compact Photonic CNOT Gate
提出了一种基于量子点和通用克隆器的光子CNOT门的近确定性紧凑模型。我们的设计超过了克隆者的最佳限制5/6，我们表明，它提供了保真度约91%的弱耦合制度。
2019-06-15 physics.optics quant-ph
Designing fast quantum gates using optimal control with a reinforcement-learning ansatz
针对快速量子门的泄漏误差问题，提出结合强化学习拟设与梯度方法的最优控制方案，在多能级超导量子比特中实现了低错误率的快速双量子比特CZ门。
2025-01-19 quant-ph
Constructing Approximately Diagonal Quantum Gates
我们研究了一种产生近似对角1-量子比特门的方法。对于每一个正整数，该方法提供了从固定对角门和任意门迭代定义的门序列。这些序列被证明收敛到对角门双指数快速，并验证了小整数。本文系统地研究了这一猜想，并证明了几个重要的部分结果。一些技术的发展铺平了道路，最终解决的猜想。所提供的序列在量子搜索算法、量子线路编译、拓扑量子计算中无泄漏纠缠门的产生等方面都有应用。
2022-11-18 math-ph math.MP math.QA
Transversal Diagonal Logical Operators for Stabiliser Codes
本研究针对CSS码，提出识别所有横向对角逻辑算子的更通用或更低复杂度算法，并给出构造具有所需对角逻辑克利福德层级算子的CSS码的方法，以推进容错量子计算。
2023-04-26 quant-ph
Designing high-fidelity two-qubit gates between fluxonium qubits
本文提出用线性谐振器耦合两个fluxonium量子比特，通过参数调谐实现相干误差相消干涉，在70ns内预测CZ门平均不保真度低至1.86×10⁻⁴，兼顾高保真、高速度与操控简单性。
2024-09-30 quant-ph
Classically efficient regimes in measurement based quantum computation performed using diagonal two qubit gates and cluster measurements
研究通过双量子比特对角门和簇测量，确定了在特定条件下可高效经典模拟的量子态相位，扩展了之前工作对CZ门的计算。
2026-05-01 quant-ph
Designing dynamically corrected gates robust to multiple noise sources using geometric space curves
针对量子比特受多类噪声影响导致门错误的问题，本文基于空间曲线量子控制形式体系，提出可同时抑制控制场噪声与横向退相噪声的通用控制场设计框架，推导领头阶消噪充要条件并给出实例，揭示了绝热演化与控场误差抑制的关联。
2022-11-23 quant-ph
Designing Shadow Tomography Protocols by Natural Language Processing
本文提出一种受自然语言处理启发的AI驱动量子电路设计协议，通过优化双比特门纠缠能力确定最小门集{iSWAP}，并利用强化学习训练循环神经网络生成高效电路，在影子层析基准下展现出强泛化能力。
2025-09-16 quant-ph
Phase context decomposition of diagonal unitaries for higher-dimensional systems
本文将Welch等人提出的对角算子的一种有效分解方法推广到qudit系统。相位上下文感知方法关注级联纠缠器，其分解成多个控制的INC门可以通过为自然数选择适当的有符号基- $d$表示来优化。量子比特系统上一般对角算子的最佳分解方法的门数以$\mathcal{O}(2^n)$为尺度，而具有$k$不同相位的对角算子的Welch算法所合成的电路以$\mathcal{O}(n^2k)$为上限，本文将其推广为量子比特系统的$\mathcal{O}(dn^2k)$.
2016-05-26 quant-ph
Efficient Quantum Gate Discovery with Optimal Control
最优控制理论为实现量子逻辑门的设备控制的数值发现提供了一个框架，但用于优化的常见目标函数通常会将任意高的成本分配给其他有用的控制。我们提出了一个框架，设计目标函数，允许新的门设计，如回波脉冲或本地等效门。我们使用数值模拟来证明新的目标函数的有效性，通过设计微波脉冲作为超导transmon架构的纠缠门。我们观察到，建议的目标函数导致更高的保真度控制在更少的优化迭代比传统的目标函数。
2021-10-06 quant-ph
Efficient Approximation of Diagonal Unitaries over the Clifford+T Basis
我们提出了一种算法的对角算子的近似分解，侧重于分解的Clifford+ $T$的基础上，最大限度地减少合成近似电路中的相位旋转门的数量。合成电路的等效$T$ -计数由$k \, C_0 \log_2(1/\varepsilon) + E(n,k)$限定，其中$k$是对角$n$ -量子比特酉中的不同相位的数量，$\varepsilon$是期望的精度，$C_0$是实现方法的品质因子（$1<C_0<4$），以及$E(n,k)$是总纠缠成本（在$T$门中）.我们确定了一个最佳的决策边界在$(k,n,\varepsilon)$ -空间，我们的分解算法实现了较低的纠缠成本比以前的国家的最先进的技术。我们的方法优于国家的最先进的技术的实用范围内的$\varepsilon$值和对角运算符，并可以减少$T$门的数量呈指数时，$k << 2^n$。
2015-11-18 quant-ph
Designing a Fast and Flexible Quantum State Simulator
本文介绍了一个用Rust编写的快速灵活量子模拟器Spinoza，其核心设计基于单量子位门保持振幅对概率的原理，并通过多种策略和特定优化提升性能，旨在为开发者提供便捷的经典模拟工具，且性能优于多个开源模拟器。
2023-05-09 quant-ph
Unifying the Clifford Hierarchy via Symmetric Matrices over Rings
Clifford层次结构是通用量子计算（UQC）的基础概念。介绍UQC是为了表明UQC可以通过量子隐形传态来实现，只要访问某些标准资源。虽然层次结构的完整结构仍然没有被理解，但Cui等人（arXiv：1608.06596）最近描述了层次结构中对角酉的结构。他们认为对角门的行动上的计算基础qudit状态所描述的一个$2^k$次根单位提出了一个多项式函数的状态，他们建立了水平的这种酉的层次结构。对于量子比特系统，我们考虑$k$级对角门，它可以用整数环$\mathbb{Z}_{2^k}$ mod $2^k$上的状态的二次形式来描述。这些涉及$\mathbb{Z}_{2^k}$上的对称矩阵，其可用于有效地描述层级中的所有$2$局部和某些更高局部对角门。我们还提供了明确的代数描述他们的行动泡利矩阵，建立了一个自然的递归对角门从较低的水平。这涉及到$\mathbb{Z}_{2^k}$上的辛矩阵，因此我们的观点将这些门与Clifford门的二元辛框架统一起来。我们增加我们的描述与简单的例子，某些标准的门。除了证明结构之外，这些公式可能在以下应用中被证明是有用的：（i）量子线路的经典模拟，特别是通过稳定器秩方法，（ii）逻辑非Clifford幺正的合成，特别是魔态蒸馏的替代方案，以及（iii）超出Clifford+ $T$门集合的任意幺正的分解，可能导致更短的深度电路。我们的研究结果表明，一些非对…
2019-08-01 quant-ph
Smaller Circuits for Arbitrary n-qubit Diagonal Computations
酉算子U = \sum u_{j,k}| k><j|当u_{j,k} = 0时称为对角线，除非j = k。该定义扩展到量子计算，其中j和k在整数0，1.的2^n个二进制表达式上变化，2^n-1，给定n个量子比特。这样的运算符不影响投影测量的结果|; 0 <= j <= 2^n-1}，而是在计算基态{|j>; 0 <= j <= 2^n-1}。在应用中经常需要这些相对相位。使用标准技术构造用于对角计算的量子线路需要O（n^2 2^n）的受控非门和一个量子比特的布洛赫球旋转，或者需要O（n^2 2^n）的受控非门和一个工作量子比特。该工作提供了一个递归的、构造性的过程，该过程输入U的矩阵系数，并输出这样一个图，该图包含2 ^{n +1}-3个交替的受控非门和一个量子比特的z轴布洛赫球旋转。这些电路是可能的最小电路，最多为两倍。此外，如果计算U是形式为R_z（α）= e ^{-i α/2}的对角单量子比特计算的张量，|0><0| + e ^{i α/2}| 1><1|，则取消受控非门将我们的电路减少到n量子比特张量的电路。
2003-08-08 quant-ph
Classification of transversal gates in qubit stabilizer codes
这项工作分类的一组对角门，可以实现一个单一的或两个量子位的横向逻辑门的量子位稳定器代码。我们表明，组成代码的底层量子位上的各个物理门被限制为沿其对角线具有$e^{i πc/2^k}$形式的条目，从而导致可以以这种方式实现的逻辑门的类似限制类。此外，我们表明，所有的对角逻辑门，可以实现横向的个人物理对角门必须属于克利福德层次。此外，我们还可以利用这个结果证明Zeng等人在2007年提出的关于横截门的猜想。
2014-09-29 math-ph math.MP quant-ph
Universal construction of quantum computational networks in superconducting Josephson junctions
在二态量子系统中，任何量子计算网络都可以由一系列双量子比特对角量子门和单量子比特量子门构成。量子系统中这些量子门的普遍构造以及具有这些量子门的量子计算网络的普遍构造可以借助于系统的哈密顿算符代数结构、Liouville算符空间的多量子算符代数子空间的性质以及对应于量子网络的量子算法的特定性质来实现。以超导约瑟夫森结为例，详细地描述了双量子位对角门的精确制备。
2000-03-24 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
Designing High-Fidelity Single-Shot Three-Qubit Gates: A Machine Learning Approach
University of Calgary（卡尔加里大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
三比特量子门是量子纠错和量子信息处理的关键器件。我们生成量子控制程序来设计三种类型的三量子比特门，即Toffoli，Controlled-Not-Not和Fredkin门。该设计方法适用于三个最近邻耦合超导人工原子系统。对于每个三比特量子门，该方案的数值模拟达到了99.9%的保真度，这是容错量子计算可接受的阈值保真度。我们测试我们的程序中存在的消相干引起的噪声，以及显示其对随机外部噪声产生的控制电子的鲁棒性。三量子比特门是通过称为子空间选择自适应差分进化（SuSSADE）的机器学习算法设计的。
2016-10-23 cs.LG quant-ph
Climbing the Clifford Hierarchy
University of South Florida（南佛罗里达大学）；University of Tennessee at Chattanooga（田纳西大学查塔诺加分校）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文研究了平方根可攀登到第三层级的克莱因门，揭示了克莱因层级的结构与性质。
2026-03-12 quant-ph
Building Qutrit Diagonal Gates from Phase Gadgets
本文研究 qutrit 相位小工具，提出 flexsymmetric ZX 演算，推广多重控制概念，实现无辅助量子比特的 qutrit 相位门，并给出仅需三个非 Clifford 门的 CCZ 门模拟，优于 qubit 方案。
2023-11-15 quant-ph
Designing a Machine Learning-Driven, Cross-Hardware Emulator for Noisy Quantum Computers with Gate-Based Protocols
Institute of High Performance Computing (IHPC), Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)（高性能计算研究所，科学技术研究局）；Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano（米兰大学物理系）；INFN, Sezione di Milano（意大利国家核物理研究所，米兰分部）；Theoretical Physics Department, CERN（欧洲核子研究中心理论物理部）；Quantum Research Center, Technology Innovation Institute（技术创新研究所量子研究中心）
本文提出了一种基于机器学习的跨硬件模拟器，用于模拟具有门协议的嘈杂量子计算机，通过监督学习训练数据预测噪声模型，从而提高量子程序的优化和调试效果。
2026-05-19 quant-ph
Hardware-Tailored Diagonalization Circuits
本文提出硬件定制化对角化电路框架，以超低门数实现泡利算符对角化，并设计分组算法，相比传统TPB方法减少测量次数，提升云端量子计算机期望值估计效率。
2024-10-09 quant-ph
Surface code off-the-hook: diagonal syndrome-extraction scheduling
Classiq Technologies
本文提出了一种对角调度方案，通过将钩错误沿plaquette对角线定向，实现完整的码距，简化了电路构造并提高了逻辑错误率性能。
2026-02-09 quant-ph
Importance of Diagonal Gates in Tensor Network Simulations
在这项工作中，我们提出了两种技术，极大地提高了基于张量网络的量子线路模拟的性能。这些技术在QTensor包中实现，并使用量子近似优化算法（QAOA）电路进行基准测试。这些技术使我们能够增加可以模拟的QAOA电路的深度和大小。特别是，我们将QAOA深度从2增加到5，QAOA电路的大小从180增加到244量子位。此外，我们将模拟速度提高了1000万倍。我们的工作提供了重要的见解，各种技术可以大大加快电路的模拟。
2021-06-29 cs.DS quant-ph
Universal construction of unitary transformation of quantum computation with one- and two-body interactions
量子计算网络的任何幺正变换都以精确统一的形式被显式地分解为有限个单量子比特量子门和两量子比特对角门的序列，它们在通常的计算基上具有对角幺正表示.借助于量子系统的有限维多量子算子代数空间的性质和给定量子算法的具体性质，可以大大简化这种分解。作为量子计算的基本组成部分，双量子比特对角门和单量子比特门可以通过两态量子系统中的单体和两体相互作用来物理构造，因此可以方便地在实验上实现。本文的工作将有助于在可行的二态量子系统中实现任意N量子比特的量子计算，并方便地确定这些系统在量子计算过程中的时间演化。
2000-04-18 quant-ph
Designing Atomtronic Circuits via Superfluid Dynamics
提出利用BEC和移动势垒设计原子电子学电路，通过经典场模拟实现了AND和NOT通用逻辑门集并组装成电路。
2024-11-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Achieving the limits of automorphism gates
Harvard University（哈佛大学）；Harvard–MIT Center for Ultracold Atoms（哈佛-麻省理工学院超冷原子中心）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文发展了一般理论，刻画稳定子码上自同构门可达到的最大逻辑群，证明其由可寻址S和CX门生成，并给出达到该群所需的物理量子比特数下界，揭示了代价分界线在对角门与CX型门之间。
2026-09-18 quant-ph
Quantum gates with parametrically driven multi-qubit couplers
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·阿列克桑德大学）；Quint Computing GmbH（Quint计算有限公司）
本文通过参数驱动方法，利用中心可调耦合电路实现四量子比特板中任意两量子比特（包括对角）的√iSWAP门及三量子比特门，数值模拟显示50ns内√iSWAP门保真度达99.9%。
2026-06-15 quant-ph
Diagonal unitary entangling gates and contradiagonal quantum states
研究了$N^2$阶对角随机酉矩阵系综的非局部性质。这种二分对角量子门的平均施密特强度被示出为$\log N$，与随机酉门的$\log N^2$行为特征相反。对角门$U$的纠缠功率与辅助量子态$ρ=AA^{\dagger}/N^2$的冯诺依曼熵有关，其中方阵$A$通过将长度为$N^2$的$U$的对角元素的向量整形为阶数为$N$的方阵而获得。这一事实提供了一个动机，研究非厄米幺模矩阵$A$的系综，具有相同的模和随机相位的所有条目和量子态$ρ$的系综，使得它们的所有对角条目都等于$1/N$。这种状态相对于计算基础是反对角的，在这个意义上，在所有酉等价状态中，由于粗粒化过程，它最大化了复制到环境中的熵。的单峰系综的平方奇异值的前四个时刻的推导，在此基础上，我们猜想连接到最近研究的组合对象称为“Borel三角形”。这使我们能够准确地找到随机相密度矩阵的平均冯诺依曼熵和相应的二分纯态系综的平均纠缠。
2014-07-04 math-ph math.MP quant-ph
Climbing the Diagonal Clifford Hierarchy
魔术状态蒸馏和Shor分解算法基本上使用了逻辑对角门。我们介绍了一种方法，综合CSS代码，实现目标逻辑对角门在一定程度上$l$的Clifford层次。该方法结合了三个基本操作：级联、去除$Z$ -稳定剂和添加$X$ -稳定剂。它显式地跟踪由保留CSS代码的对角物理门引起的逻辑门。第一步是级联，其中输入是CSS代码和在$l$级的物理对角门，从而在同一级诱导逻辑对角门。输出是一个新的代码，对于该代码，在$l+1$级的物理对角门诱导原始逻辑门。下一步是明智地去除$Z$ -稳定剂，以增加诱导的逻辑运算符的水平。我们确定了三种方法攀登的逻辑Clifford层次结构从$l$级到$l+1$级，每一个建立在一个递归关系的诱导逻辑运算符的泡利系数。去除$Z$ -稳定器可以减小距离，并且第三基本操作的目的，添加$X$ -稳定器，是为了补偿这种损失。对于相干噪声模型，我们描述了如何通过简单地应用泡利$X$矩阵在无消相干子空间中的中间结果的计算和存储之间切换。在以前的工作中采取的逻辑门综合的方法集中在代码状态，并在CSS代码的充分条件，结果是固定的横向$Z$旋转。与此相反，我们推导出必要和充分条件，通过分析的横向对角门的稳定器组，确定代码的行动。我们的方法的权力证明了两个概念的证明：$[[2^{l+1}-2,2,2]]$三正交码的家庭，和$[[2^m,\binom{m}{r},2^{\min\{r,m-r…
2021-10-27 cs.IT math.IT quant-ph
Co-designing Transmon devices for control with simple pulses
本文在NISQ背景下，利用最优控制工具和完美纠缠子理论，协同设计Transmon超导量子器件，通过探索模型空间并采用简单脉冲，最大化门保真度并推导门集。
2024-10-17 quant-ph
High-fidelity CNOT gate for spin qubits with asymmetric driving using virtual gates
最近的实验已经证明了两个量子比特的保真度超过99%，然而，理论上，CNOT操作的保真度受到系统哈密顿量中非对角项所描述的非共振驱动的限制。在这里，我们调查这些非对角的贡献，我们提出了几个数量级的保真度改善使用非对称驱动。因此，我们提供了一个简单的电容模型的基础上的交流虚拟门的描述，它不仅能够高保真CNOT，但也串扰减少时，按比例放大自旋量子位器件到更大的阵列。
2021-12-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Homological origin of the transversal implementability of logical diagonal gates in quantum CSS codes
Graduate School of Informatics, Kyoto University（京都大学情报大学院）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
研究通过同调框架分析量子CSS码中逻辑对角门的横向可实现性，揭示了其逻辑作用与物理实现的双重结构，提出同调数据分类和提升问题的解决方法。
2026-09-01 cond-mat.str-el hep-th math-ph
Efficient Quantum Circuits for Non-Unitary and Unitary Diagonal Operators with Space-Time-Accuracy trade-offs
本文提出一种通用方法，通过可调深度量子电路实现酉和非酉对角算子，在深度、宽度和精度间权衡，并展示其在量子态制备和扩散方程模拟中的应用。
2025-01-21 quant-ph
Designing high-fidelity multi-qubit gates for semiconductor quantum dots through deep reinforcement learning
Intel Labs（英特尔实验室）；Intel Corporation（英特尔公司）
在本文中，我们提出了一个机器学习框架，以设计基于硅中量子点的量子处理器的高保真多量子比特门，量子比特编码在单电子的自旋中。在这种硬件架构中，控制景观是巨大而复杂的，因此我们使用深度强化学习方法来设计最佳控制脉冲，以实现高保真多量子比特门。在我们的学习模型中，模拟器模拟量子点的物理系统并执行系统的时间演化，深度神经网络作为函数逼近器来学习控制策略。我们在系统的全状态空间中演化哈密顿量，并实施现实的约束，以确保实验的可行性。
2020-06-15 cs.LG cs.SY eess.SY
Checking the error correction strength of arbitrary surface code logical gates
拓扑量子纠错逻辑门是复杂的。错误链可以在空间和时间中形成，也可以在时空中对角形成。确定给定的逻辑门是否没有导致故障的低权重错误组合是非常重要的。我们报告了一个新的工具Nestcheck能够分析任意的拓扑计算，并确定所需的最小数量的错误，导致失败。
2012-10-16 quant-ph
