Scalable randomized benchmarking of quantum computers using mirror circuits
量子门的性能通常使用某种形式的随机基准来评估。然而，现有的方法对于超过大约五个量子比特变得不可行。在这里，我们展示了如何使用一个简单的和可定制的电路类-随机镜像电路-执行可扩展的，强大的，灵活的Clifford门随机基准。我们表明，这种技术近似估计了平均多量子位逻辑层的保真度，并且我们使用了高达225个量子位的模拟，物理上真实的错误率在0.1-1%的范围内，以证明其可扩展性。然后，我们使用云量子计算平台的多达16个物理量子位来证明我们的技术可以揭示和量化多量子位电路中的串扰误差。
2022-10-10 quant-ph
Characterizing errors on qubit operations via iterative randomized benchmarking
通过改进的门校准减少幺正误差，我们在电路量子电动力学系统中使用超导量子比特实现了99.95%的基准单量子比特门保真度。我们提出了一种方法来区分酉和非酉错误的量子门的目标门内的随机基准序列交错重复。基准保真度衰减二次方与单位误差的交错门的数量，但线性的非单位，使我们能够分离系统相干误差的消相干效应。有了这个协议，我们表明，门的保真度是不受单一的错误，但由另一个驱动激活源的退相干，如幅度波动。
2015-04-24 quant-ph
Process verification of two-qubit quantum gates by randomized benchmarking
我们实现了一个完整的随机基准协议上的两个超导量子比特的系统。该协议由Clifford群中的门随机化组成，这些门是通过改进的双量子位交叉共振门实现和单量子位幺正实验产生的。由此，我们提取出Clifford的最佳平均误差为0.0936。我们还进行了一个交错实验，交替我们的最佳两个量子比特门与随机两个量子比特克利福德门，以获得0.0653的两个量子比特门误差。我们将这些值与从量子过程层析成像获得的~0.12的两量子比特门误差进行比较，这可能受到状态准备和测量误差的限制。
2012-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Randomized benchmarking and process tomography for gate errors in a solid-state qubit
我们提出了测量单量子比特的超导量子比特门误差。从量子过程断层扫描和随机基准的结果进行比较，从双π脉冲实验获得的门误差。随机基准测试揭示了1.1+/-0.3%的最小平均门误差和保真度对门数量的简单指数依赖。它表明，门保真度的限制主要是由量子比特退相干，与理论一致。
2008-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Partial randomized benchmarking
在量子逻辑门的随机基准测试中，部分旋转可以用于更简单的实现，更好的缩放，以及更高的准确性和可靠性。例如，对于双量子位门，单量子位旋转比完全平均更容易实现。我们分析了这种简化的部分旋转，并证明，与标准的随机基准测试不同，保真度的测量衰减是具有不同衰减率的指数的线性组合（对于两个量子比特和单比特旋转为3）。随序列长度的演化由迭代矩阵控制，迭代矩阵的谱给出衰减率。对于一般的两量子位门，一个最慢的指数占主导地位，并在三个通道的门错误的特点。它的衰减率接近，但不同于标准随机基准测试，我们找到了领先的校正。使用关系到两个量子比特门的局部不变量，我们确定了所有例外的门与几个缓慢的指数和分析的可能性，以提取它们的衰减率从测量曲线。
2022-06-21 quant-ph
Multi-qubit Randomized Benchmarking Using Few Samples
随机基准测试（RB）是表征量子线路中门误差的一种有效且鲁棒的方法。对门的随机序列求平均导致根据平均保真度估计门误差。这些估计是孤立的状态准备和测量误差，困扰其他方法，如信道层析成像和直接保真度估计。随机基准测试可行性的一个决定性因素是获得严格置信区间所需的采样序列的数量。以前的界限要么过于宽松，要么需要采样序列的数量与量子比特的数量呈指数级关系，以便在固定的错误率下获得固定的置信区间。在这里，我们表明，一个小的适应随机基准程序，所需的固定置信区间的采样序列的数量显着小于以前可以证明。特别是，我们表明，所需的采样序列的数量基本上是独立的量子比特的数量和规模有利的平均错误率的系统正在调查。我们还表明，长序列长度所需的样本数量可以大大小于以前的严格结果（即使是单量子位），只要调查中的噪声过程是不是单一的。我们的研究结果将具有许多量子位的系统的严格随机基准测试带入实验可行性领域。
2019-08-19 quant-ph
Non-Exponential Behaviour in Logical Randomized Benchmarking
我们构建了一个门和时间无关的噪声模型，导致逻辑随机基准测试协议的输出振荡，而不是指数衰减。为了说明我们的想法，我们首先在标准的随机基准测试中构建一个例子，假设存在“隐藏”量子位，允许选择包含多重性的Clifford群的表示。我们使用多重性，与每个门应用程序，更新门的历史，我们用来规避定理，保证输出呈指数衰减隐藏的记忆。在我们的逻辑随机基准的焦点设置中，我们表明，与实施量子纠错相关的机械的存在可以促进非指数衰减。因为，在逻辑随机化基准测试中，隐藏量子位的角色被分配给纠错中使用的校正子量子位，并且这些校正子量子位经由解码器强耦合到逻辑量子比特。
2022-12-11 quant-ph
Non-exponential Fidelity Decay in Randomized Benchmarking with Low-Frequency Noise
我们表明，非指数保真度衰减在随机基准测试实验的量子点量子比特是一致的数值模拟，包括低频噪声。通过扩展标准的随机基准测试分析，这个实验制度，我们发现，这种非指数衰减更好地模拟多个指数衰减率，导致瞬时控制保真度同位素纯化硅MOS量子点量子位，可以高达99.9%时，低频噪声条件和系统校准是有利的。量子位表征和验证方法的这些进展为硅作为容错量子计算的量子位平台提供了可观的前景。
2015-02-22 quant-ph
Randomized Subsystem Descent for Fermion-to-Qubit Mapping
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland, College Park（马里兰大学量子信息与计算科学联合中心）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本文提出了一种高效的随机子系统下降算法，用于优化费米子到量子比特的映射，通过迭代选取可处理的子系统进行优化并重新整合，从而提高计算效率。
2026-10-27 quant-ph
Randomized Benchmarking of Multi-Qubit Gates
随着量子信息处理的实验平台不断成熟，表征可以应用于其量子比特（qubit）的酉门的质量变得至关重要。最终，质量必须足够高，以支持任意长的量子计算。随机基准测试已经提供了一种独立于平台的方法来评估单量子比特旋转的质量。在这里，我们描述了这种方法的扩展到多量子位门。我们提供了一个独立于平台的协议，用于评估实验Clifford幺正的性能，形成了容错量子计算的基础。我们用捕获离子双量子位相位门和单量子位门实现了基准测试协议，并发现$0.162 \pm 0.008$的每个随机双量子位Clifford幺正的错误，从而为这种幺正设置了第一个基准。通过在每一步使用额外的两个量子比特相位门来实现第二组序列，我们提取了$0.069 \pm 0.017$的每个相位门的误差。我们进行了这些实验与可移动的，同情冷却离子在多区保罗陷阱-一个系统，原则上可以缩放到更大数量的离子。
2012-10-02 quant-ph
Divide-et-impera Heuristic-based Randomized Search for the Qubit Routing Problem
University of Perugia（佩鲁贾大学）；National Research Council (CNR)（国家研究委员会）
针对量子比特路由问题，提出DIRSH算法，采用分治启发式随机搜索策略，结合块分解、老虎机参数自适应调整及局部剪枝，在IBMQ Tokyo拓扑的RevLib基准测试中优于LightSABRE变体，提升量子电路路由性能。
2025-11-18 cs.ET quant-ph
Randomized Benchmarking Protocol for Dynamic Circuits
IBM Quantum, IBM Research - Israel（IBM量子，IBM以色列研究中心）；IBM Quantum, IBM Almaden Research Center（IBM量子，IBM阿尔马登研究中心）；IBM Quantum, IBM TJ Watson Research Center（IBM量子，IBM托马斯·J·沃森研究中心）
本文提出了一种用于动态电路的随机基准协议，通过交错动态电路操作块来累积读取分配误差，并展示动态去耦在减少串扰和相位误差中的作用。
2024-08-14 quant-ph
Randomized benchmarking for qudit Clifford gates
本文提出针对量子比特门的酉门随机基准测试（URB）方法，利用酉2设计，并证明其不同于多比特对称子空间的URB，通过伪代码便于应用。
2020-06-10 quant-ph
Characterizing charge-parity detection based on an offset-charge-tunable transmon qubit via randomized benchmarking
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Peking University（北京大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
本文利用可调偏移电荷的transmon量子比特，通过随机基准测试高保真映射电荷-宇称态到量子比特态，并实现了93.4%的连续监测保真度，发现量子比特读出是主要误差源。
2026-04-03 quant-ph
Subspace Leakage Error Randomized Benchmarking of Mølmer-Sørensen Gates
本文提出一种适配两量子比特Mølmer-Sørensen门的随机基准测试新方法，利用可控门相位生成Clifford操作，无需单比特操作即可量化门误差并区分子空间泄漏，在捕获离子量子计算机上实现$2.6\ imes10^{-4}$的门误差。
2025-10-10 physics.atom-ph quant-ph
Randomized Benchmarking of Quantum Gates
可扩展量子计算的关键要求是基本量子门可以以足够低的误差实现。用于确定门实现的错误行为的一种方法是执行过程层析成像。然而，标准过程层析成像受到状态准备、测量和单量子位门中的误差的限制。它的缺点是量子位数的缩放效率低下，并且当门是由长序列组成时，它不能检测到不利的错误复合。另一个问题是由于可扩展量子计算的期望错误概率为0.0001或更低的量级的事实。实验证明如此低的误差是具有挑战性的。我们描述了一种随机基准测试方法，该方法在不依赖于准确的状态准备和测量的情况下产生计算相关误差的估计。由于它涉及随机选择的门的长序列，因此它还验证了在长计算中使用时错误行为是稳定的。我们对捕获的原子离子量子比特实施了随机基准测试，在特定实验中建立了每个随机pi/2脉冲的一个量子比特错误概率为0.00482（17）。我们希望通过简单的技术修改可以很容易地改善这种错误概率。
2007-07-06 quant-ph
The Quantum Setting with Randomized Queries for Continuous Problems
连续问题的量子计算的标准设置使用确定性查询，量子算法的随机性的唯一来源是通过测量。这种设置与经典计算机上的最坏情况设置有关，因为解决连续问题所需的量子位数必须至少等于该问题的最坏情况信息复杂度的对数。由于量子比特的数量必须是有限的，我们无法在量子计算机上解决具有无限最坏情况信息复杂度的连续问题。这甚至可以发生在经典计算机上具有小随机复杂性的连续问题上。一个简单的例子是有界连续函数的积分。为了克服这种限制量子计算能力的连续问题的坏属性，我们研究了允许随机查询的量子设置。这种类型的查询用于Shor算法。具有随机化查询的量子设置与随机化经典设置相关，因为解决连续问题所需的量子位数必须至少等于该问题的随机化信息复杂度的对数。
2006-01-29 quant-ph
Direct randomized benchmarking for multi-qubit devices
可以适用于多量子比特系统的基准测试方法对于评估新生量子处理器的整体或“整体”性能至关重要。目前的行业标准是Clifford随机基准测试（RB），它测量量化整体性能的单一错误率。但是，将Clifford RB扩展到许多量子位是非常困难的。在撰写本文时，它只在1、2和3个量子位上进行过。这反映了Clifford RB中的根本性低效率：其核心的$n$量子位Clifford门必须在设备本地的1和2量子位门上编译成大型电路。随着$n$的增长，这些Clifford门的质量迅速下降，使得Clifford RB在相对低的$n$下不切实际。在这封信中，我们提出了一个直接的RB协议，主要是避免编译。相反，它在设备中的原生门上使用随机电路，由Clifford式随机化的初始层播种。我们证明了这个协议的实验2 - 5量子比特，使用公开可用的IBMQX 5。我们相信这是最大数量的量子比特整体基准，这是在一个免费提供的设备上实现的，没有任何特殊的调整。我们的协议保留了Clifford RB的简单和方便的属性：它估计从指数衰减的错误率。但它可以扩展到具有更多量子位的处理器-我们在10+量子位上进行了模拟-并且它报告了比Clifford RB报告的更直接的信息和灵活的错误率。我们将展示如何使用这种灵活性来测量不同的门，其中包括测量平均CNOT错误率等任务的不同集合的错误率。
2019-07-30 quant-ph
A randomized benchmarking suite for mid-circuit measurements
本研究针对量子计算中中间电路测量的性能表征需求，基于随机化基准测试范式开发了一套可检测并量化被测及旁观量子比特误差的基准测试套件，验证了其可扩展性并明确了误差性质。
2024-04-12 quant-ph
Demonstrating scalable randomized benchmarking of universal gate sets
本文提出基于随机镜像电路的可扩展随机基准测试技术，可对包含非Clifford门的通用门集进行基准测试，并在4量子比特和27量子比特设备上验证其可扩展性，量化了串扰对错误率的影响。
2023-10-11 quant-ph
Qubit metrology of ultralow phase noise using randomized benchmarking
在一定时间尺度范围内精确测量退相对于将量子门改进到超过纠错阈值是至关重要的。我们提出了一种基于随机基准测试的方法，能够通过重复但不相干的相位噪声来大大提高Ramsey和自旋回波序列的精度。我们发现我们的SQUID为基础的量子比特是不受$1/f$磁通噪声在短时间尺度，而是观察电报噪声机制，是不适合与标准的测量技术研究。
2015-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantifying the quantum gate fidelity of single-atom spin qubits in silicon by randomized benchmarking
基于硅中单个31-P原子的电子和核自旋的相干控制和单次读出的演示，我们在这里提出了一个系统的实验估计量子门的精确度，使用Clifford组中的1-qubit门的随机基准测试。我们应用这种分析的电子和电离的31-P核的一个单一的P供体同位素纯化的28-Si。我们发现电子的平均门量子效率为99.95%，核自旋的平均门量子效率为99.99%.这些值高于特定的纠错阈值，并展示了硅中基于施主的量子计算的潜力。通过研究控制脉冲的形状和功率的影响，我们发现证据表明，目前对门保真度的限制主要与外部硬件有关，而不是量子比特的内在行为。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Randomized Quantum Singular Value Transformation
提出首个随机量子奇异值变换算法，仅用单辅助量子比特并避免块编码，门复杂度与哈密顿量项数无关，对多项式次数二次依赖，在求解量子线性系统和估计基态性质上优于先前随机算法，适用于早期容错量子设备。
2025-10-08 cs.DS quant-ph
Efficient Unitarity Randomized Benchmarking of Few-qubit Clifford Gates
幺正随机基准测试（URB）是一种独立于状态准备和测量误差来估计实现的量子门的相干性的实验过程。这些估计的一致性是衡量的么正性。这个实验的一个核心问题是将数据点的数量与严格的置信区间联系起来。在这项工作中，我们提供了一个约束的Clifford URB所需的数据点的数量作为置信度和实验参数的函数。该界在近酉噪声的情况下具有良好的缩放性，并且与所使用的门序列的长度渐近无关。我们还表明，与标准的随机基准测试，一个非平凡的数据点的数量总是需要克服的随机性引入的状态准备和测量误差，即使在完美的门的限制。我们的界限是足够尖锐的基准小维系统在现实的参数制度，使用适度数量的数据点。例如，我们证明了单量子比特Clifford门的么正性可以在门独立噪声的假设下使用几百个数据点进行严格估计。与之前已知的界限相比，这降低了几个数量级。
2019-01-16 quant-ph
Benchmarking Gate Fidelities in a Si/SiGe Two-Qubit Device
我们报告了硅基自旋量子位中单量子位和双量子位门的首次完整表征，包括两个量子位之间的串扰和错误相关性。为此，我们使用标准随机基准测试和最近引入的称为字符随机基准测试的方法的组合，该方法允许更可靠地估计该系统中的双量子比特保真度。有趣的是，通过字符随机化基准测试，可以通过研究仅在单量子位门的参考序列中交错CPhase门引起的额外衰减来获得双量子位CPhase门保真度。这项工作为硅自旋量子比特中所有相关门的性能进一步提高奠定了基础，这些性能超过了容错量子计算的错误阈值。
2018-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Randomized hypergraph states and their entanglement properties
Universidad de Valladolid（巴利亚多利德大学）；Universidade Estadual de Ponta Grossa（蓬塔格罗萨州立大学）；Universidade Federal do Paraná（巴拉那联邦大学）
研究随机混合超图状态的纠缠特性，分析多粒子纠缠行为，揭示超边结构与门失真之间的非单调纠缠行为。
2026-04-10 quant-ph
Shallow randomized measurement in noisy quantum devices
Seoul National University（首尔大学）
研究浅随机测量在学习量子态特性方面相对于非纠缠单比特测量的优势，基于 Clifford 系综构建理论框架并在 IBM 量子硬件上验证，表明其能在噪声量子设备中带来实际益处。
2026-07-07 quant-ph
Recovering Coherent Errors from Randomized-Compiling Labels
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
该研究发现随机编译未破坏相干误差信息，其可通过保留的旋转标记恢复相干误差参数，在127量子比特IBM处理器上验证了标记估计器的高精度恢复效果。
2026-08-20 quant-ph
Randomized ancillary qubit overcomes detector-control and intercept-resend hacking of quantum key distribution
量子密钥分发（QKD）的实际实现已被证明是受到各种检测器侧信道攻击，妥协承诺的无条件安全性。最值得注意的是一个一般类的攻击，采用使用伪态光子的检测器控制，更广泛地说，拦截重发攻击。在本文中，我们提出了一个简单的方案来克服这类攻击：一个合法的用户，鲍勃，使用偏振随机发生器在他的网关扭曲的相位编码的光子在双向QKD配置的辅助偏振。真正光子的偏振量子比特在到达其伴侣爱丽丝的途中，一次通过随机化器，另一次以相反的方向通过随机化器，因此不受随机化的影响。然而，从入侵者Eve到Bob的光子的偏振状态是随机的，因此被引导到不同路径的探测器，从而触发警报。我们从理论上和实验上证明，使用商用现成的探测器，无论夏娃使用什么样的假光状态，她都不可能避免触发警报。
2022-10-03 quant-ph
Correlated Randomized Benchmarking
为了提高多量子比特算法在量子器件上的性能，关键是要有表征非局域量子误差（如串扰）的方法。为了解决这个问题，我们提出并测试了一个扩展的分析同时随机基准数据-相关随机基准。我们适合相关偏振的衰减到固定重量的去偏振映射的组合物来表征串扰误差的局部性和重量。从这些错误中，我们引入了一个串扰度量，它表示距离最近的地图，只有局部错误。我们用一个四量子比特的超导设备实验证明了这种技术，并利用相关RB来验证串扰减少时，我们实现了回波序列。
2020-03-04 quant-ph
Estimating the bias of CX gates via character randomized benchmarking
最近的工作表明，高阈值量子纠错是可能的偏置噪声量子比特，提供了一个可以实现的受控非（CX）门，保持偏置。偏置保持CX门已经被提出用于几个偏置噪声量子位平台，最著名的是克尔猫。然而，通过实验测量噪声偏差是具有挑战性的，因为它需要在存在大得多的状态准备和测量（SPAM）误差的情况下准确地估计某些低概率的泡利误差。在本文中，我们介绍了偏差随机基准（BRB）作为一种技术来测量量子门的偏见。像所有RB协议一样，BRB是高度准确的，并且不受SPAM错误的影响。我们的第一个协议，CX-二面角BRB，是一个简单的方法来衡量整个CX-二面角群的偏见。我们的第二个协议，交错偏置随机基准测试（IBRB），是一个概括的交错RB定制的实验约束偏置噪声量子比特;这是一个更复杂的过程，直接针对CX门的偏置单独。我们的BRB程序占据了经典RB协议之间的中间地带，仅估计平均保真度，和层析RB协议，提供更详细的表征噪声，但需要更多的测量以及实验能力，不一定在偏置噪声量子比特。
2022-05-31 quant-ph
Quantum non-Markovian noise in randomized benchmarking of spin-boson models
本文研究多模玻色浴导致的量子非马尔可夫噪声对量子比特随机化基准测试的影响，发现衰减由指数变为近乎多项式，并提出数值方法支撑理论分析。
2025-02-20 quant-ph
Randomized Benchmarking with Restricted Gate Sets
标准的随机基准测试协议需要从一元2设计中取样，这并不总是实用的。在这篇文章中，我们研究随机基准协议的基础上的Clifford组，不是单一的2设计。我们介绍了一个一般的方法来分析这样的协议，并随后将其应用到两个子群，控制非，Hadamard和泡利门所产生的组和仅控制非和泡利门所产生的组。在这两种情况下，错误概率可以被估计为在2或更小的因子内，其中该因子可以被布置为保守的并且在量子位的数量上指数地衰减。对于逻辑量子比特的随机化基准测试，通常将获得甚至更好的准确度。因此，我们表明，抽样的分布是接近一元2设计，虽然足够的，是没有必要的随机基准测试的高精度。
2018-01-12 quant-ph
Mitigation of correlated readout errors without randomized measurements
提出一种无需随机测量的读出误差缓解协议，仅用单量子比特 Pauli 测量即可高效表征相关噪声，并在多达 100 量子比特模拟中验证了其有效性。
2025-08-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Experimental implementation of non-Clifford interleaved randomized benchmarking with a controlled-S gate
将量子线路硬件有效地转换为量子器件本机门集对于在有噪声的量子计算机上执行量子算法是必不可少的。典型的量子器件利用每对耦合量子位具有单个双量子位Clifford纠缠门的门集，然而，在一些应用中，对非Clifford双量子位门的访问可以导致更优化的电路分解，并且还允许在优化噪声方面更灵活。我们使用Qiskit Pulse框架在基于云的IBM量子计算上演示了低误差非Clifford控制的$\fracπ{2}$相位（CS）门的校准。为了测量校准的CS门的门误差，我们执行非Clifford hocT-Dihedral交错随机基准测试。我们能够在263 ns的门长度处获得$5.9(7) \times 10^{-3}$的门误差，这接近于相关量子位的相干极限，并且比后端标准校准的CNOT门的误差更低。
2021-03-14 quant-ph
Quantum circuits for exact unitary $t$-designs and applications to higher-order randomized benchmarking
幺正$t$设计是量子信息科学和基础物理中的一个强有力的工具。尽管它很有用，但对于一般的$t$，只有近似的实现是已知的。在本文中，我们提供了第一次量子线路，产生精确的酉$t$ -设计的任何$t$的任意数量的量子比特。我们的结构是归纳的，在小系统中是有实际用途的。然后，我们介绍了一个$t$-阶推广的随机基准（$t$-RB）作为一个应用程序的确切$2t$ -设计。我们特别详细地研究了$2$ -RB，并表明它揭示了量子噪声的自伴性，这是一个与量子纠错（QEC）可行性相关的新度量。数值计算证明了$2$ -RB在单量子比特和双量子比特系统中的可行性，并利用$2$ -RB对超导量子比特的背景噪声进行了实验表征.实验结果表明，量子比特之间的相互作用会产生噪声，这可能会对量子EC的实现造成障碍。
2021-09-21 quant-ph
Simulated Randomized Benchmarking of a Dynamically Corrected Cross-Resonance Gate
我们从理论上考虑一个交叉谐振（CR）门实现的脉冲序列提出的Calderon-Vargas和Kestner，物理评论快报。118，150502（2017）。这些序列将系统误差减轻到一阶，但它们的有效性受到单量子位门缺陷的限制。使用附加的微波控制脉冲，可以将有效CR哈密顿量调谐到这些序列最佳操作的状态。这通过减少纠错所需的单量子位操作来提高这些序列的整体可行性。我们通过模拟弱耦合transmons系统的随机基准测试来说明这一点，并表明虽然这种新颖的脉冲序列在transmons的当前技术水平下没有提供优势，但它确实提高了CR门失真与单量子位门失真的缩放。
2021-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Randomized Benchmarking of Clifford Operators
随机基准测试是一种旨在证明量子系统控制的实验程序。该过程提取由一组控制操作引入的平均误差。当目标操作集是Clifford算子集时，随机基准测试算法特别容易执行，其结果对量子计算有重要的解释。基准测试的目的是提供一个简单、有用的参数，描述量子控制的质量，实验可以在任何未来的量子计算机上以标准的方式进行。该参数可用于公平比较不同的实验或标记单个实验中的改进。在这篇论文中，我首先讨论了原来的随机基准程序和Clifford运营商的重要性，其实施。我开发了结果的统计分析和最简单的分析所需的物理假设。原来的程序并没有以明显的方式扩展到多个量子位的基准测试，所以我介绍了一个标准化的程序，用于随机基准测试，适用于任何数量的量子位。这一新程序还可以对单个控制操作进行基准测试。我描述了我帮助设计的两个随机基准测试实验：一个涉及单个量子位，并使用了原始程序的变体，第二个涉及两个量子位，并演示了新程序。最后，我总结了几个潜在的扩展，原来的和新的程序，使他们减少实验开销，描述编码操作的能力，实验之间的比较更公平。
2018-11-25 quant-ph
Fast quantum circuit cutting with randomized measurements
我们提出了一种新的方法来扩展量子计算的大小，使其超出单个设备上可用的物理量子比特的数量。这是通过随机插入测量和准备通道来实现的，以将大电路的输出状态表示为跨不同器件的可分离状态。我们的方法采用随机测量，导致样本开销为$\widetilde{O}(4^k / \varepsilon ^2)$，其中$\varepsilon $是计算的准确度，而$k$是被“切割”以获得较小子电路的并行线的数量。我们还显示了信息理论的下限$Ω(2^k / \varepsilon ^2)$的任何可比的程序。我们使用我们的技术来表明，在量子近似优化算法（QAOA）与$p$纠缠层的电路可以模拟电路的一小部分的原始数量的量子位的开销大致是$2^{O(pκ)}$，其中$κ$是一个已知的平衡顶点分隔符的图形编码的优化问题的大小。我们获得的数值证据的实际加速使用我们的方法应用到QAOA，相比以前的工作。最后，我们调查的实际可行性，应用电路切割程序的大规模QAOA问题的聚类图，通过使用$30$ -量子位模拟器，以评估的变分能量的$129$ -量子位问题，以及进行$62$ -量子位优化。
2023-02-20 quant-ph
Randomized benchmarking in measurement-based quantum computing
随机基准测试通常被用作表征小型量子器件中基本逻辑门组的性能的有效方法。在基于测量的量子计算模型中，逻辑门是通过对固定的通用资源状态进行单点测量来实现的。在这里，我们将单个量子位的随机基准测试协议调整为线性簇状态计算，这提供了与目标门集相关的噪声的部分但有效的表征。将随机基准测试应用于基于测量的量子计算，在基于测量的模型中与逻辑门相关的固有随机性与基准测试中使用的随机门序列之间表现出有趣的相互作用。我们考虑两种不同的方法：第一种使用标准的单量子位Clifford群，而第二种使用最近推出的（非Clifford）基于测量的2-设计，利用固有的随机性来实现门序列。
2016-09-01 quant-ph
Engineering and Suppression of Decoherence in Two Qubit Systems
在这项工作中，两个实验上可行的方法的退相干工程-一个基于随机经典踢的应用程序和其他基于时间随机脉冲序列相结合。提出了一种不同的耦合相互作用，与现有的利用$zz$耦合相互作用对相位阻尼进行建模的方法相比，该耦合相互作用导致振幅阻尼。分析了随机踢方法和随机脉冲序列方法相结合的退相干过程以及在这些耦合作用下的动力学解耦效果。最后，一个反直观的结果，其中消相干被抑制在存在两个噪声源在一定的共振条件下。
2016-02-09 quant-ph
Randomized Benchmarking Using Unitary t-Design for Average Fidelity Estimation of Practical Quantum Circuit
随机基准测试是一种有效的评估有噪声量子线路平均保真度的方法。然而，它对单一误差不敏感。在这里，我们提出了一种随机基准测试的方法，其中一个单一的t-设计，并通过它的单一误差估计可以转换为一组酉算子的伪随机性分析。当对n量子位d维系统进行酉t设计时，我们给出了随机基准测试序列数量的界。通过引入局部随机幺正算子，幺正t-设计的分解，该界比以前的多量子比特电路界更实用。我们还给出了一个严格的钻石范数之间的任意和均匀分布的酉算子集，形成一个ε-近似酉t-设计。它可以用来定量分析大规模量子线路中相应的平均保真度和误差。
2017-12-12 quant-ph
Quasi-Probabilistic Readout Correction of Mid-Circuit Measurements for Adaptive Feedback via Measurement Randomized Compiling
本文提出利用随机化编译将测量误差定制为简单随机模型，通过单个制备态重建的拟概率分布高效校正读出误差，并扩展至线路中途测量的自适应反馈，实现了8比特寄存器和辅助比特纠错的验证。
2025-01-27 quant-ph
Demonstration of Robust Quantum Gate Tomography via Randomized Benchmarking
典型的量子门层析成像协议与自一致性问题作斗争：在没有初始状态和最终测量的知识的情况下不能重建门操作，但是在没有良好表征的门的情况下不能获得这样的知识。最近提出的技术，被称为随机基准断层扫描（RBT），回避这个自我一致性问题，设计实验是不敏感的准备和测量的缺陷。我们在超导量子比特系统中实现了这一提议，使用了一些实验改进，包括在单个“原子”脉冲和自定义控制硬件中实现Clifford组的每个元素，以实现大开销协议。我们展示了几个单量子位量子门的稳健重构，包括Clifford群外的幺正。我们证明，RBT产生的物理门重建是一致的随机基准获得的qualities。
2015-05-25 quant-ph
Characterization of addressability by simultaneous randomized benchmarking
多量子比特系统中的串扰和不需要的相互作用引起的错误的控制和处理是量子信息处理架构中的重要问题。我们引入了一个基准协议，提供了有关系统中存在的可寻址量的信息，并在耦合超导量子比特上实现它。该协议包括单独和同时对每个量子位进行随机基准测试，可寻址性的大小与这些实验的平均门的性能差异有关。我们提出了两个类似的样品上的结果与不同数量的串扰和不必要的相互作用，这与预测的基础上简单的模型的残余耦合量。
2013-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Mitigating crosstalk errors by randomized compiling: Simulation of the BCS model on a superconducting quantum computer
我们提出一种扩展的随机编译协议，通过特殊处理相邻量子比特来抑制串扰噪声，并在IBMQ超导量子计算机上使用135个CNOT门成功定量模拟了BCS模型的非平衡动力学。
2024-02-06 cond-mat.supr-con quant-ph
A new class of efficient randomized benchmarking protocols
随机基准测试是用于估计一组量子门的平均保真度的技术。然而，对于一般的门限，很难从得到的数据中得出可靠的结论。在这里，我们提出了一个新的方法表示理论的基础上，几乎没有实验开销，并适用于广泛的一类基准测试问题。作为一个例子，我们将我们的方法应用到包括$T$门的门集，并分析了一个新的交织基准测试协议，该协议仅使用单量子比特Clifford门作为参考来提取2量子比特Clifford门的平均保真度。
2019-07-30 quant-ph
Randomized Benchmarking, Correlated Noise, and Ising Models
我们计算预期的随机基准序列保真度的系统受到高斯时间相关噪声。对于单量子位基准测试，我们表明，预期的序列保真度是由一个远程耦合自旋一伊辛模型的配分函数，与每个网站在伊辛模型对应的自由演化区间。对于d-状态系统，期望的序列保真度由Ising类模型配分函数给出，其位置变量由SU（d）的伴随表示的权重给出。在单量子比特情况下，配分函数的高效温度展开显示了序列保真度的衰减，从非相关噪声的指数变化到准静态噪声的幂律。拟合指数相关噪声下的序列保真度衰减给出了不可靠的估计平均门错误率。
2017-03-28 quant-ph
Qutrit randomized benchmarking
三进制量子处理器提供了优于传统量子比特技术的显著计算优势，利用了量子比特（三层系统）中的量子信息的编码和处理。为了评估和比较这种新兴量子硬件的性能，必须有适用于高维希尔伯特空间的鲁棒基准测试方法。我们展示了扩展的行业标准的随机基准（RB）协议，开发和广泛使用的量子位，适用于三进制量子逻辑。使用超导五象限处理器，我们发现一个单象限门失真低至$2.38 \times 10^{-3}$。通过交错RB，我们发现，这种quutrit门误差在很大程度上是由本地（量子位类）门保真度的限制，并采用同步RB充分表征串扰误差。最后，我们将循环基准测试应用于一个二阶CSUM门，并获得了$0.82$的二阶工艺保真度。我们的研究结果表明，基于RB的工具，以表征获得的整体性能的QUTRIT处理器，和一般的方法来诊断控制错误，在未来的QUTIT硬件。
2020-08-20 quant-ph
Randomized compiling for scalable quantum computing on a noisy superconducting quantum processor
在量子处理器上成功实现算法依赖于精确控制量子位（qubit）来执行逻辑门操作。在这个有噪声的中间尺度量子（NISQ）计算时代，量子位控制中的系统失调、漂移和串扰可能导致一种没有经典模拟的相干形式的误差。相干误差以不可预测的方式严重限制了量子算法的性能，并且为了实现可靠的量子计算，减轻它们的影响是必要的。此外，通过随机基准测试和相关协议测量的平均错误率对相干错误的全部影响不敏感，因此不能可靠地预测量子算法的全局性能，这使得我们没有准备好验证未来大规模量子计算的准确性。随机编译是一种旨在通过将相干错误转换为随机噪声来克服这些性能限制的协议，大大减少了量子算法中不可预测的错误，并通过周期基准测试测量的错误率来准确预测算法性能。在这项工作中，我们证明了显着的性能增益下随机编译的四量子位量子傅里叶变换算法和随机电路的超导量子处理器上的可变深度。此外，我们准确地预测算法性能使用实验测量的错误率。我们的研究结果表明，随机编译可以用来利用和预测现代噪声量子处理器的能力，为可扩展的量子计算铺平了道路。
2021-05-12 quant-ph
Quantum-Inspired Algorithms from Randomized Numerical Linear Algebra
MIT（麻省理工学院）；IBM Research（IBM研究院）；CMU（卡内基梅隆大学）
我们创建经典的（非量子）动态数据结构支持查询的推荐系统和最小二乘回归，它们的量子类似物。反量化等算法已经收到了一系列的关注，在最近几年，我们得到这些问题的更清晰的界限。更重要的是，我们实现了这些改进，认为以前的量子启发算法对这些问题做杠杆或脊杠杆分数抽样伪装，这些是强大的和标准的技术在随机数值线性代数。有了这种认识，我们能够采用大量的工作在数值线性代数，以获得这些问题的算法，更简单或更快（或两者兼而有之）比现有的方法。我们的实验表明，所提出的数据结构也可以很好地工作在现实世界的数据集。
2022-06-28 cs.DS cs.LG quant-ph
Worst-Case Sample Complexity Bounds for Distributed Inner Product Estimation with Local Randomized Measurements
College of Computer Science and Technology, National University of Defense Technology（国防科技大学计算机学院）
本文研究了n个量子比特态的分布式内积估计，通过局部随机测量获得严格最坏情况保证。通过将最小最大核优化转化为汉明距离核，证明了在局部Clifford采样下的四阶矩界，并展示了纯产品稳定器态的最坏情况样本复杂度。
2026-05-14 quant-ph
Randomized Benchmarking using Non-Destructive Readout in a 2D Atom Array
本研究针对中性原子量子计算此前高保真门演示量子比特数受限的问题，在225格点阵列用破坏性读出实现低单量子比特门错误率，还在49格点用非破坏性读出抑制测量误差，推动可扩展量子计算发展。
2023-06-19 physics.atom-ph quant-ph
Efficient implementation of randomized quantum algorithms with dynamic circuits
Mitsubishi Chemical Corporation（三菱化学公司）；Quantum Computing Center, Keio University（庆应义塾大学量子计算中心）；IBM Quantum, IBM Research – Tokyo（IBM量子，IBM研究-东京）；Department of Applied Physics and Physico-Informatics, Keio University（庆应义塾大学应用物理与物理信息系）
本文提出通过动态电路减少随机算法执行时间，实现单电路多次测量，提升量子硬件执行效率。
2026-04-21 quant-ph
