The simplified Toffoli gate implementation by Margolus is optimal
酉操作在量子线路模型中被表示为有限的基本门序列，例如受控非门和单量子比特门。我们证明了简化的Toffoli门由Margolus，这符合Toffoli门到一个单一的符号变化，不能实现少于三个控制非门。如果电路用三个受控非门实现，则至少需要四个额外的单量子位门。这证明了Margolus建议的实现是最优的。
2003-12-31 quant-ph
Atomic Interferometer Gates Realization via Quantum Optimal Control
原子干涉仪具有两个量子幺正门，必须实现原子重力仪和原子干涉仪陀螺仪的量子传感目的。定义了一个定义两个幺正算子之间距离的最优代价函数，并在此基础上推导了一种基于脉冲的随机梯度下降算法，用于实现原子镜和原子分束器门。通过对这些门的实现采用数值优化控制，我们分别实现了反射镜门和分束器门的0.995和0.998的门保真度。在这项研究中，采用了二能级原子钟跃迁。
2021-12-26 quant-ph
Time-optimal multi-qubit gates: Complexity, efficient heuristic and gate-time bounds
本研究证明时间最优多量子比特门合成是NP难的，给出特殊时间最优门的显式构造，提出多项式时间启发式合成算法，推导GZZ门时间上下界并推测其为O(n)标度，可实现更快更鲁棒的量子算法执行。
2024-03-05 quant-ph
Time-Optimal Two- and Three-Qubit Gates for Rydberg Atoms
我们确定时间最佳的激光脉冲，以实现控制Z门和它的三个量子比特的推广，C $_2$ Z门，在封锁制度的里德伯原子。使用数值和半解析量子最优控制技术的组合来优化脉冲，该技术仅用几个变参数就能产生平滑的Ansätze。对于CZ门，时间最优实现对应于不需要原子的单位点可寻址性的全局激光脉冲，简化了门的实验实现。我们采用量子最优控制技术来减轻由于里德堡态的有限寿命和有限的封锁强度而产生的错误，而其他几种类型的错误影响的门直接减轻短的门持续时间。对于所考虑的误差源，我们实现了理论的门兼容的误差校正CZ和C $_2$ Z门使用合理的实验参数。
2022-05-08 quant-ph
Conditions for optimal construction of two-qubit non-local gates
量子门的优化实现是量子计算机设计的关键。得到了两量子比特幺正操作的最优构造的必要条件。可以证明，B门是唯一的门，可以构造一个两个量子比特通用电路只有两个应用，即这个条件也是充分的情况下，两个应用的基本两个量子比特门。研究还表明，一半的完美纠缠子不能模拟任意的两比特门，只有3个应用程序。
2004-11-09 quant-ph
Optimal simulation of three-qubit gates
本文研究了利用双量子比特门对三量子比特幺正的最优模拟。首先，我们给出了模拟多量子比特门的两量子比特门成本的下界。其次，通过推广Toffoli门的代价，我们完全刻画了模拟三量子比特受控门的两量子比特门代价。受控受控门的功能简单地说就是一个三量子比特受控幺正门，可以直观地解释为：门将直接输出两个控制量子比特的状态，只有当两个控制量子比特的状态都是$\ket{1}$时，才将给定的一量子比特幺正$u$应用于目标量子比特。以前，仅知道五个两量子位门足以实现这样的门[Sleator和Weinfurter，Phys.Rev.Lett. 74，4087（1995）]。我们的结果表明，如果$u$的行列式为1，四个双量子位门是可实现的最佳。否则，五个是最佳的。第三，我们证明了五个双量子比特门对于实现Fredkin门（受控交换门）是必要的和足够的，这解决了在[Smolin和Dijuenzo，Phys. Rev. A，53，2855（1996）]中引入的公开问题。Fredkin门是最重要的量子逻辑门之一，因为它对于经典可逆计算是唯一通用的，因此对于量子计算来说几乎没有帮助。在我们的工作之前，已经知道Fredkin门的五个两量子比特门分解，并且发现了显示五个是最佳的数值证据。
2013-01-16 quant-ph
Optimal Quantum Circuits for General Two-Qubit Gates
为了在实验上演示非平凡的量子计算，例如任意纠缠态的合成，理解如何将所需的量子计算分解为最短的单量子比特和双量子比特门序列将是有用的。我们通过提供一种方法来为最多需要3个CNOT门和15个基本单量子位门的一般双量子位门构建最佳量子线路，从而为这一努力做出贡献。此外，如果所需的双量子位门对应于纯实数幺正变换，我们提供了一个最多需要2个hocT和12个单量子位门的构造。然后，我们证明了这些结构是最佳的CNOT，y-旋转，z-旋转，和相位门的家庭。
2004-03-25 quant-ph
Structure-Aware Compilation for Scalable Neutral-Atom Quantum Computing
Fudan University（复旦大学）；Shanghai Key Laboratory for Contemporary Applied Mathematics（上海当代应用数学重点实验室）
提出利用代数结构优化单量子比特门层数，并基于图论模型减少C-Z门原子传输操作，实现编译效率提升。
2026-07-03 quant-ph
Robustness of a universal gate set implementation in transmon systems via Chopped Random Basis optimal control
我们数值研究了基于transmon的系统中由CNOT门、Hadamard门、相位门和$π/8$门组成的通用双量子比特门的实现。实现这种门的控制信号是使用斩波随机基最优控制技术获得的，目标门失真为$10^{-2}$。在优化过程中，我们考虑了非计算状态的泄漏，这是影响transmon量子位的一个重要的非理想性。我们还测试和基准的最佳控制解决方案对高斯白噪声和频谱失真，两个关键的非理想性，影响transmon系统中的控制信号的引入。
2022-07-27 quant-ph
Optimal Synthesis of Multi-Controlled Qudit Gates
我们提出了一个线性尺寸的综合的多控制Toffoli门的qudits与最多一个借来的辅助。这一个附属物甚至可以在qudit维度为奇数时保存。我们的合成导致在qudits上实现的各种量子算法的改进。特别是，我们得到（i）一个线性尺寸和一个干净的辅助合成的多控制qudit门;（ii）一个最佳尺寸和一个干净的辅助合成的酉qudit上;（iii）一个接近最佳的尺寸和辅助免费/一个借用的辅助实现的经典可逆函数qudit门。
2023-03-23 quant-ph
Efficient control pulses for continuous quantum gate families through coordinated re-optimization
提出一种通过校准少量参考脉冲并迭代再优化使脉冲形状相似的方法，利用线性插值快速生成连续量子门族的高保真控制脉冲，计算效率显著提升且易于推广。
2023-07-31 cs.ET quant-ph
Time optimal control based on classification of quantum gates
研究了在两个异自旋系统中实现任意两量子比特门的最小时间。基于局域等价不变量，我们给出了双量子比特门的系统刻画。将量子门分为四类，并给出了每一类量子门的最小实现时间的解析表达式。对于给定的量子门，通过计算相应的不变量，可以容易地得到量子门所属的类。特别是，我们分析了全局相位对实现门的最小时间的影响。我们的结果提出了完整的解决方案，在两个异质自旋系统中实现任意两量子比特门的最佳时间问题。给出了典型的两量子比特门的详细例子，有或没有全局相位。
2020-02-11 quant-ph
Optimal quantum circuit synthesis from Controlled-U gates
从几何方法，我们推导出所需的任意控制酉门的最小数量的应用程序来构建一个通用的量子线路。一个新的分析施工过程中，提出并证明是最优或接近最优。这一结果可以推广到提高任意纠缠门构造通用量子线路的效率。具体来说，对于受控非门和双受控非门，我们开发了简单的分析方法来构造具有三种应用的通用量子线路，这是最不可能的。
2003-08-29 quant-ph
Optimal synthesis of the Fredkin gate in a multilevel system
一个三量子比特的Fredkin门的最佳成本是5个两量子比特的纠缠门，而当限制到受控非（CNOT）门时，开销攀升到8。通过利用更高维的希尔伯特空间，我们将三量子比特Fredkin门的成本从8个hocTs降低到5个最近邻hocTs。我们还提出了一个具有2n+3个hocTs和2n个单量子操作的n控制量子比特Fredkin门的构造。最后，我们设计了光子结构中的确定性和非确定性三量子比特Fredkin门。非确定性三量子比特Fredkin门的成本进一步降低到4个最近邻hocT，并且这种门的成功由单光子探测器预示。我们的见解弥合了理论下限和目前最好的结果之间的差距的n量子比特量子计算。
2020-04-07 quant-ph
Optimal number of parametrized rotations and Hadamard gates in parametrized Clifford circuits with non-repeated parameters
本研究提出一种低复杂度高效算法，可最优缩减参数不重复的参数化Clifford电路中的参数化旋转门数量，同时证明既有Hadamard门优化流程对该类电路的最优性，算法在少内部Hadamard门的电路中效率突出。
2024-07-10 quant-ph
Mitigating controller noise in quantum gates using optimal control theory
本文采用最优控制理论，在 Liouville 空间利用 Krotov 算法研究生成单比特和双比特量子门，以缓解相位和幅度噪声导致的门保真度下降。
2024-09-19 quant-ph
Gauge Color Codes: Optimal Transversal Gates and Gauge Fixing in Topological Stabilizer Codes
色码是一类具有特殊横截性的拓扑稳定子码。在这里，我表明，他们的横向门组是最佳的，只取决于空间尺寸，而不是当地的几何形状。我还介绍了一个广义的，子系统版本的颜色代码。在3D中，它们允许通过规范固定横向实现一组通用的门，而错误检测测量仅涉及4或6个量子比特。
2015-08-06 quant-ph
Optimal two-qubit quantum circuits using exchange interactions
海森堡交换相互作用是实现非局部（即，多量子位）量子门。我们考虑由交换作用实现的$(SWAP)^α$门和单量子比特门组成的量子线路。用三个$(SWAP)^α$门和六个单量子位门构造了一个通用的双量子位量子线路。我们进一步表明，三个$(SWAP)^α$门不仅是足够的，但必要的。由于已知需要六个单量子位门，因此我们的通用双量子位电路在{ \em both} $(SWAP)^α$和单量子位门的数量方面是最优的。
2005-07-15 quant-ph
Optimal Control Theory for Continuous Variable Quantum Gates
我们应用最优控制理论的方法来实现量子门的问题，在连续变量系统的二次哈密顿量。我们证明，它是可能的定义一个保真度措施连续变量（CV）门优化，是没有陷阱，这样的搜索使用本地算法的最佳控制领域将不会受到阻碍。利用几种典型的物理模型研究了几种量子计算门的最优控制以及由这些基元组成的算法的最优控制，并对离散和连续量子系统进行了比较。数值模拟结果表明，通用CV量子门的优化本质上是更昂贵的比通用离散变量量子门，CV系统的精确时间可控性起着重要的作用，在确定最大可实现的门保真度。由此产生的最佳控制字段通常显示更复杂的傅立叶谱，这表明可能的控制机制的种类更丰富。此外，控制q单元之间的相互作用的能力对于限定总控制通量是重要的。目前的实验方案实现这种时间依赖控制的比较能力可能有助于确定CV量子信息处理的哪些物理化身将最容易以最佳保真度实现。
2007-08-16 quant-ph
Teleportation scheme implementing contextually the Universal Optimal Quantum Cloning Machine and the Universal Not Gate. Complete experimental realization
通过对量子态隐形传态的标准协议进行重大修改，实现了量子力学严格禁止的两个过程：通用非门和通用最优量子克隆机.特别地，已经报道了Tele-UNOT Gate的第一个实验演示，一种新的量子信息协议（cfr. quant-ph/0304070）。一个完整的实验实现的协议在这里。
2003-10-03 quant-ph
Tackling Systematic Errors in Quantum Logic Gates with Composite Rotations
我们描述了使用复合旋转来对抗单量子比特量子逻辑门中的系统误差，并讨论了三种可用于校正非共振和脉冲长度误差的复合旋转。虽然在NMR量子计算的背景下开发和描述，但是这些序列应当适用于量子计算的任何实现。
2002-08-14 quant-ph
Implementation of Fault-tolerant Quantum Logic Gates via Optimal Control
考虑了在编码逻辑量子比特上实现容错量子门的问题。结果表明，基于简单的几何控制思想的逻辑门的横向实现是有问题的现实的物理系统遭受的缺陷，如量子比特的不均匀性或量子比特之间的不可控的相互作用。然而，这个问题可以通过将任务表述为最优控制问题并设计有效的算法来解决，特别是，我们可以找到在固定时间内以有限的控制资源实现所有基本逻辑门的解决方案。最重要的是，即使对于理想系统，使用传统技术也极难实现的逻辑门，例如用于五量子位稳定器代码的T门，似乎不会对最佳控制造成问题。
2009-10-01 quant-ph
Experimental implementation of the optimal linear-optical controlled phase gate
我们报告的第一个实验实现的最佳线性光学控制的相位门的任意相位。所实现的方案是完全灵活的，因为相移可以被调谐到任何给定的值。所有这样的控制相位门是最佳的意义上说，他们在最大可能的成功概率，可实现的任何postselected线性光学实现的框架内。该量子门采用体光学元件和量子比特态的偏振编码实现。我们已经实验探索了显着的观察，最佳的成功概率是不是单调的阶段。
2010-07-27 quant-ph
Provably optimal exact gate synthesis from a discrete gate set
本研究针对容错量子计算需求，提出将离散门集合的精确线路合成问题转化为SAT实例的方法，可证明门数最优，支持多种扩展，适用于小型常用子线路的量子线路设计。
2025-03-19 quant-ph
Broadband Geodesic Pulses for Three Spin Systems: Time-Optimal Realization of Effective Trilinear Coupling Terms and Indirect SWAP Gates
宽带实现的时间最优测地线脉冲元素的有效创建的有效三线性耦合项的自旋系统由三个弱耦合自旋1/2。基于这些脉冲元素，间接SWAP操作的时间最佳实施的实验证明。基于宽带测地序列的间接SWAP门的持续时间比传统方法减少了42.3%。
2003-05-08 quant-ph
Universal Optimal Gates Regarding Quantum Entanglement and Discord Generating
Fernando Galve \emph{et al.} $[Phys. Rev. Lett. \textbf{110}, 010501 (2013)]$引入了两个量子比特的幺正门的不和谐功率来评估其产生量子不和谐的能力，并发现$π/8$门具有最大的不和谐功率。本文分析了两量子比特幺正门的纠缠能力，这从另一个角度反映了它产生量子纠缠的能力。基于著名的两量子比特幺正门的Cartan分解，我们证明了$π/8$门的魔力对两量子比特态的一般纯度值产生最大纠缠。
2013-07-15 quant-ph
Exact solutions of the isoholonomic problem and the optimal control problem in holonomic quantum computation
给出了齐次丛中的等完整力学问题的精确表达式和求解方法。该问题的形式是变分方程的边值问题。将该解应用于完整量子计算机中的最优控制问题。我们提供了一个处方，以构建一个最优控制器的任意酉门，并将其应用到$ k $维酉门，其操作上的$ N $维希尔伯特空间与$ N \geq 2k $。我们的建设被应用到几个重要的酉门，如阿达玛门，CNOT门，和两个量子位离散傅立叶变换门。这些门的控制器是显式构造的。
2004-06-07 quant-ph
Pulse family optimization for parametrized quantum gates using spectral clustering
本文提出用谱聚类将优化得到的高保真参数化量子门脉冲划分为不同解族，并仅在族内插值，从而保证中间参数门的高保真度，并在噪声条件下对里德伯和猫量子比特通用门集进行了验证。
2024-07-31 quant-ph
Rooted-tree network for optimal non-local gate implementation
一个一般的量子网络实现非本地控制酉门，远程方之间以最小的纠缠成本，被证明是一个有根树结构。从一个五党的情况下，我们展示了本地实现的同时控制埃尔米特和多方控制酉门在任意n方网络。以前建立的网络被证明是这个一般结构的特殊情况。
2015-07-23 quant-ph
Optimal Two-Qubit Gate-Cutting Cost and Measures of Nonlocality
本研究从最优双量子比特门切割公式出发，推导出拟概率范围与五个非局域性描述符的尖锐上下界，揭示门切割成本在相似非局域门间的显著差异。
2026-09-25 quant-ph
Correcting errors in a quantum gate with pushed ions via optimal control
我们详细分析了所谓的“推门”被困离子，引入一个依赖于时间的谐波近似的外部运动。我们将展示如何提取平均保真度的门从所产生的半经典模拟。我们精确地描述和量化了来自量子动力学的所有类型的误差，并首次揭示了离子推力中的轻微非线性会对门操作的绝热性产生巨大影响。通过量子最优控制技术，我们展示了如何抑制每一个由此产生的门错误，以达到一个高保真兼容可扩展的容错量子计算。
2010-08-18 quant-ph
Fast Ion Gates Outside the Lamb-Dicke Regime by Robust Quantum Optimal Control
我们提出了一个强大的量子最优控制框架，用于实现离子阱量子处理器上的快速纠缠门。该框架利用定制的激光脉冲来驱动离子的多个振动边带以创建声子介导的纠缠门，并且与现有技术不同，既不需要弱耦合Lamb-Dicke近似也不需要微扰处理。随着基于梯度的最佳控制的应用，它能够找到幅度和相位调制的激光控制协议，工作在Lamb-Dicke制度之外，有望在微秒量级的门速度与特征陷阱频率相当。此外，可以方便地包括对离子的温度和初始光学相位的鲁棒性要求，以针对实验缺陷追求高质量的快速门。我们的方法代表了加速量子门以实现更大的量子计算和模拟量子线路的一步，因此可以在不久的将来的实验中找到应用。
2022-09-20 quant-ph
Optimal local implementation of non-local quantum gates
本文研究了在分布式量子计算机中实现非局域量子门所需的最小资源。经典的通信要求和纠缠消耗进行了研究。我们目前的最低资源需求和一些重要的门，包括CNOT和Toffoli门的最佳程序的一般声明。我们表明，在每个方向上的一个比特的经典通信是必要的和足够的非本地实现的量子CNOT，而在一般情况下，在每个方向上的两个比特是需要一个通用的两比特量子门的实施。特别是，状态交换器需要这个最大的经典通信开销。扩展这些想法，多方门。
2003-06-25 quant-ph
Essentially optimal gate teleportation
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；IBM Research Europe – Zurich（IBM欧洲苏黎世研究中心）
针对两量子比特受控相位门，提出一种接近最优纠缠消耗的确定性LOCC门远程传输协议，解决了现有协议仅对Clifford门实现最优纠缠消耗的问题。
2026-08-26 quant-ph
Teleportation scheme implementing the Universal Optimal Quantum Cloning Machine and the Universal NOT gate
通过对量子态隐形传态协议稍加修改，可以很普遍地实现作用于单个量子比特的通用量子克隆机和通用非门。根据上述方案的1到2克隆过程的实验演示已经实现了光子偏振编码的量子比特。
2003-04-10 quant-ph
Optimal Creation of Entanglement Using a Two--Qubit Gate
我们考虑一个一般的幺正算符作用于两个量子比特的乘积态。我们发现的条件，使量子比特的状态后的行动是尽可能纠缠。我们还考虑了使用辅助量子比特来增加纠缠的可能性。
2000-11-13 quant-ph
Time-Optimal Control of Collisional $\sqrt{\text{SWAP}}$ Gates in Ultracold Atomic Systems
我们利用量子最优控制来识别超冷原子中基于快速碰撞的双量子位$\sqrt{\text{SWAP}}$门。我们表明，一个显着的速度可以通过优化全门，而不是单独优化合并等待分离的顺序的捕获电位。我们的最佳策略不依赖于原子填充合并势的最低本征态，并且它关键地包括在势完全合并之前量子相位的积累。我们的分析超越了特定的陷阱几何形状，但与以前的作品相比，我们提出了系统的结果，光晶格，并发现大大改善门的持续时间和结晶度。
2019-07-19 quant-ph
Optimal Control of High-Fidelity Quantum Gates in the Presence of Decoherence
这篇论文已被撤回，因为它已被帖子arXiv：quant-ph/0702147和arXiv：0712.2935取代
2009-11-28 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
Optimal two-qubit gate for generation of random bipartite entanglement
我们数值研究协议组成的重复应用程序的两个量子比特门用于产生随机纯态。为了产生显示二分纠缠典型的随机状态所需的步骤的必要数量得到。对于一般的两量子比特纠缠门，发现纯度的衰减速率与$\sim n$成比例，因此需要$\sim n^2$阶的步骤来达到随机的二体纠缠。我们还用数值方法确定了收敛最快的最佳双量子比特门。也许令人惊讶的是，除了在每一步中随机的单量子比特旋转之外，应用相同的好的双量子比特门导致比在每一步中应用随机的双量子比特变换更快地生成纠缠。
2007-07-18 quant-ph
Contextual, Optimal and Universal Realization of the Quantum Cloning Machine and of the NOT gate
本文报道了用量子注入光参量放大（QIOPA）同时实现通用最优量子克隆机（UOQCM）和通用非门（UNV）。这两个过程，禁止在其确切形式的基本量子限制，被发现是普遍的和最佳的，和测量的保真度F<1被发现接近的极限值评估的量子理论。这项工作可能会启发，但很少探索内在的量子力学的深层结构的基本公理性质的互连。
2003-12-15 quant-ph
Time-optimal Hamiltonian simulation and gate synthesis using homogeneous local unitaries
出于实验的局限性，通常遇到的固态量子计算机的设计，我们研究的问题，非本地哈密顿模拟和非本地门合成时，只有均匀的本地幺正进行，以定制可用的相互作用。均匀（即所有子系统相同）的局部操作意味着一个更精细的分类相互作用哈密顿比非均匀的情况下，以及在哈密顿模拟的普遍性损失。对于对称双量子比特相互作用的情况下，我们提供了时间最优的协议，哈密顿模拟和门综合。
2002-03-04 quant-ph
Gate-set evaluation metrics for closed-loop optimal control on nitrogen-vacancy center ensembles in diamond
本文针对金刚石氮-空位中心系综的闭环量子最优控制，比较了四种门集评估指标，展示了权衡并显著提升了门集性能。
2024-03-24 quant-ph
Perfect Computational Equivalence between Quantum Turing Machines and Finitely Generated Uniform Quantum Circuit Families
为了建立量子图灵机（QTM）和量子线路族（QCF）之间的计算等价性，利用Yao的量子线路模拟QTM，我们在前面介绍了基于无限基本门集合的一类均匀QCF，它已被证明在有界误差模拟下在计算上等价于多项式时间QTM（适当限制振幅）.这个结果意味着Bernstein和Vazirani为QTM引入的复杂性类BQP等于其对应的均匀QCF。然而，QTM的复杂性类ZQP和EQP似乎并不等于均匀QCF的对应物。本文引入了基于有限个基本门的均匀QCF的一个子类--非线性生成的均匀QCF，并证明了这类非线性生成的均匀QCF与多项式时间QTM完全等价，它们可以精确地相互模拟.这自然意味着BQP以及ZQP和EQP等于可重构生成的均匀QCF的相应复杂度类。
2008-12-05 quant-ph
Experimental implementation of optimal linear-optical controlled-unitary gates
我们表明，这是可能的，以减少两个量子比特门的数量所需的任意控制酉变换的建设高达两倍，使用可调控制相位门。在线性光学平台上，两个量子比特门只能概率地实现，我们的方法显着减少了组件的数量，并增加了两个量子比特门的成功概率。本文提出的控制单量子比特幺正门技术的实验实现表明，只需要一个可调控制相位门，而不是两个标准的控制非门。因此，我们不仅将成功概率提高了大约一个数量级（使用相同的资源），而且还避免了进行量子非破坏测量的需要，否则需要连接两个概率门。随后，我们将我们的方法推广到更高的顺序，表明可以通过用可调控制相位门替换控制非门块来优化n次控制门。
2014-10-16 quant-ph
Time-optimal universal quantum gates on superconducting circuits
针对量子计算中退相干导致门保真度下降的问题，基于求解量子最速降线方程的时间最优控制，提出在二维方格超导量子比特上实现通用量子门的方案，双比特门保真度接近99.9%，并结合无退相干子空间编码抑制相位误差，为大规模量子计算提供了快速量子方案。
2023-10-24 quant-ph
Optimal, hardware native decomposition of parameterized multi-qubit Pauli gates
本文提出将参数化多量子比特 Pauli 门最优分解为硬件原生 P2QP 门的方法，给出任意硬件图下深度与门数的精确表达式，并通过 LHZ 映射联合优化多个门。
2023-09-27 quant-ph
Optimal Hadamard gate count for Clifford$+T$ synthesis of Pauli rotations sequences
本文针对Clifford+T综合中Hadamard门减少问题，提出以最少Hadamard门综合π/4 Pauli旋转序列的算法，并进一步最优最小化首末T门之间的Hadamard门数量，从而有效降低T门计数。
2024-02-24 quant-ph
Optimal quantum discrimination of single-qubit unitary gates between two candidates
本文分析了一个单比特幺正门的鉴别问题，其中两个候选者不具有经典描述，但具有量子样本。更准确地说，有三个酉量子门--两个候选者中的每一个都有一个目标和一个样本--除了它们的维度之外，它们的经典描述是未知的。目标门是在候选人中平等选择的。我们得到的最佳协议，最大限度地提高预期的成功概率，假设哈尔分布的候选人。该问题最初在Hillery等人（J. Mod. Opt. 2010）中引入，其提供了基于Andersson等人（J. Phys. A 2003）的"单一比较”方案实现预期成功概率7/8的方案。从那时起，该协议的最优性一直是一个悬而未决的问题。我们证明了最优的比较协议，这意味着只有一个的两个样本（每个候选人一个）是需要实现最佳的歧视。由于给定协议内的样本和目标门的动态排序，优化包括量子测试仪范围之外的协议。
2021-08-25 quant-ph
Demonstrating a Continuous Set of Two-qubit Gates for Near-term Quantum Algorithms
量子算法为机器学习，材料科学和化学中的计算问题提供了显着的加速。然而，这些算法的任何近期实现都需要进行大量优化，以适应现有噪声量子硬件提供的有限资源。在这里，利用gmon量子位的强可调耦合，我们展示了一个连续的两量子位门集，与标准分解相比，它可以提供3倍的电路深度减少。我们实现了两个门系列：一个iSWAP类门，以实现任意交换角，$θ$，和一个CPHASE门，产生一个任意的条件相位，$ϕ$。使用这些门中的每一个，我们可以在激发保持子空间内执行任意的两量子比特门，从而实现所谓的费米模拟或fSim门集的完整实现。我们对iSWAP和CPHASE门系列以及均匀分布在整个fSim（$θ$，$ϕ$）参数空间中的525个其他fSim门的保真度进行了基准测试，实现了每个fSim门$3.8 \times 10^{-3}$的纯度限制平均两量子位泡利误差。
2020-02-03 quant-ph
Experimental Realization of Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Quantum Gates\\ with Optimal Control in a Trapped Ion
利用几何相位诱导的量子门进行量子计算，由于其对操作噪声的鲁棒性，被认为是容错量子计算中一种很有前途的策略。然而，由于以前方案的参数限制，完整量子门的主要鲁棒性优势被涂抹。在这里，我们通过实验证明了一种解决方案，基于共振驱动的三能级系统，在捕获的Yb离子中实现了具有最佳控制的非绝热完整单量子位量子门，该方案还具有演化速度快、实现方便的优点。与相应的几何门和传统的动态门相比，我们的方案的优势是，它是更强大的控制幅度误差，这是证实了通过量子过程层析成像和随机基准测试方法测量门失真。此外，我们还概述了非平凡的两个量子比特完整门也可以实现在现有的实验技术。因此，我们的实验验证了这种鲁棒和快速完整量子计算策略的可行性。
2020-11-30 quant-ph
Sub-Riemannian Geometry and Time Optimal Control of Three Spin Systems: Quantum Gates and Coherence Transfer
在核磁共振光谱学中的许多相干转移实验，涉及耦合自旋网络，使用临时自旋去耦来产生所需的有效哈密顿量。在本文中，我们表明，显着的时间可以节省在产生一个有效的哈密顿量，如果避免自旋去耦。我们提供了时间最优脉冲序列产生一类重要的有效哈密顿在三个自旋网络。这些有效的哈密顿量对于核磁共振量子计算中的相干传输实验和量子逻辑门的实现是有用的。它表明，计算这些时间最优的脉冲序列可以减少到几何问题，涉及计算齐次空间上的次黎曼测地线。
2001-06-17 quant-ph
High-fidelity gate operations for quantum computing beyond dephasing time limits
实现具有超过可靠量子计算的阈值的精度的量子门需要鲁棒的门，其性能不受可用控制字段的精度的限制。这些门的性能也不应该受到量子寄存器的噪声环境的影响。在这里，我们使用随机基准测试的量子门操作来比较不同的家庭的门，补偿控制场振幅的误差和去耦系统的环境噪声的性能。我们获得了高达99.8%的平均量子效率，这超过了某些量子纠错方案的阈值，也超过了环境引起的退相的预期极限.
2015-06-15 quant-ph
Minimal-Energy Optimal Control of Tunable Two-Qubit Gates in Superconducting Platforms Using Continuous Dynamical Decoupling
Sao Carlos Institute of Physics, University of Sao Paulo（圣卡洛斯物理研究所，圣保罗大学）；Departamento de Física, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)（圣卡洛斯联邦大学物理系）
本研究通过连续动态去耦与变分最小能量最优控制相结合，实现超导平台中高保真度的可调双量子比特门设计。
2026-01-15 quant-ph
