A Very Small Logical Qubit
超导量子比特是构建量子计算机最有前途的平台之一。然而，单个量子比特的相干时间并没有远远超过量子纠错的可扩展性阈值，这意味着需要数百万个物理设备来构建有用的量子计算机。因此，非常期望进一步增加相干时间。在这封信中，我们设计了一个简单的电路，由两个transmon量子比特和两个额外的有损量子比特或谐振器组成，通过连续驱动和工程耗散的组合，被动地保护所有单量子比特量子错误通道。光子损失通过用驱动SQUID耦合实现的双光子驱动场被快速校正，并且来自随机势波动的失相被用于实现多量子比特哈密顿量的驱动场严重抑制。将我们的理论模型与最近对通量和transmon量子比特的实验中发表的噪声估计进行比较，我们发现，与使用这种技术的单个量子比特$T_1$和$T_2$相比，逻辑状态相干性可以提高40倍或更多。因此，我们证明，有相当大的空间，以提高现代超导量子比特的相干性，在设备复杂性相当适度的增加。
2015-10-21 quant-ph
Low Overhead Quantum Bus with Coupling beyond the Nearest Neighbor via Mediated Effective Capacitance
提出一种利用悬浮transmon辅助阵列作为量子总线，通过介导相互作用产生超越最近邻的有效电容，实现非相邻逻辑量子比特间可调耦合及多比特纠缠门的低开销方案。
2023-05-19 quant-ph
Leakage detection for a transmon-based surface code
量子比特计算子空间之外的泄漏存在于许多领先的实验平台中，构成了量子比特的量子纠错（QEC）的威胁性错误。我们开发了一个泄漏检测方案，通过隐马尔可夫模型（HMM）的transmon为基础的实现的表面码。通过对距离为3的表面码（Surface-17）进行真实的密度矩阵模拟，我们观察到泄漏被急剧投射，并导致相邻稳定器的表面码缺陷概率增加。与辅助量子位的模拟读出一起，这种增加使得能够准确检测泄漏的时间和位置。我们恢复的逻辑错误率低于内存盈亏平衡点后，选择了泄漏，丢弃约47%的数据。通过HPLOS的泄漏检测为近期的QEC演示、有针对性的泄漏减少和泄漏感知解码开辟了前景，并适用于其他实验平台。
2020-02-17 quant-ph
A hardware-efficient leakage-reduction scheme for quantum error correction with superconducting transmon qubits
量子比特计算子空间外的泄漏对量子纠错（QEC）提出了严峻的挑战。我们提出了一个方案，使用两个泄漏减少单元（LRU），减轻这些问题的transmon为基础的表面码，而不需要在硬件或质量控制周期的时间方面的开销，在以前的建议。对于数据量子比特，我们考虑微波驱动器将泄漏转移到读出谐振器，在那里它迅速衰减，确保这对实际系统参数的计算子空间内的相干性的影响可以忽略不计。对于辅助量子位，我们应用以测量结果为条件的$|1\rangle\leftrightarrow|2\rangle$ $π$脉冲。使用密度矩阵模拟的距离-3表面码，我们表明，平均泄漏寿命减少到几乎1 QEC周期，即使当LRU实现有限的保真度。此外，我们还表明这会显着降低逻辑错误率。这种LRU方案为近期可扩展的QEC演示开辟了前景。
2021-07-06 quant-ph
Suppressing leakage and maintaining robustness in transmon qubits: Signatures of a trade-off relation
本文针对含未知静态缺陷的 transmon 量子门控制，提出依次优化鲁棒性与泄漏的两阶段框架，获得高保真抗误差脉冲，并揭示二者间存在权衡。
2025-09-30 quant-ph
Logical multi-qubit entanglement with dual-rail superconducting qubits
International Quantum Academy, Shenzhen（国际量子研究院）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学深圳量子科学与工程研究所）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学广东省量子科学与工程重点实验室）
本研究通过双轨超导量子比特实现了逻辑多量子比特纠缠，展示了高保真度的纠缠态和通用门集，为量子纠错提供了新方案。
2025-04-16 quant-ph
Universal qudit gate synthesis for transmons
该工作设计基于transmon的qudit量子处理器，提出含交叉共振纠缠门的通用门集，实现高保真门合成与嵌入式纠错，证明通用qudit控制在当前架构中可行。
2023-08-31 quant-ph
High-fidelity all-microwave CZ gate with partial erasure-error detection via a transmon coupler
本文提出并实验演示了一种基于固定频率 transmon 耦合器和多路径耦合的全微波 CZ 门方案，通过色散频移诱导几何相位实现高保真门操作，同时抑制残余 ZZ 相互作用，并利用门后耦合器状态测量实现部分擦除错误检测，以支持擦除感知的量子纠错。
2025-11-09 quant-ph
Lattice patch structure for fixed-frequency transmon quantum computer with high-fidelity CNOT gates
Hanyang University（汉阳大学）
提出一种晶格贴片架构，将四个固定频率transmon耦合到一个固定频率总线，直接映射到表面码晶格单元，实现高连通性，CNOT门保真度超过0.98。
2026-06-26 quant-ph
Scalable quantum circuit and control for a superconducting surface code
我们提出了一个可扩展的方案，用于执行由具有最近邻耦合的快速通量可调transmon量子比特组成的单片表面编码结构的纠错周期。八量子位单位单元构成了重复量子硬件和相干控制的基础，从而实现空间复用。这种控制对所有单量子位门使用三个固定频率，对单元中的每个量子位使用唯一的频率失谐模式。通过流水线的相互作用和读出步骤的辅助$X$ -和$Z$ -型稳定器测量，我们可以设计失谐模式，避免所有的二阶transmon-transmon相互作用，除了那些利用在受控相位门，无论结构的大小。我们的方案适用于基于缺陷和平面逻辑量子比特，包括晶格手术。
2016-12-24 quant-ph
Protecting logical qubits with dynamical decoupling
提出一种在最近邻物理量子比特上实现iSWAP门的新颖动力学解耦方案，仅需两个物理量子比特编码一个逻辑量子比特，实验证明逻辑量子比特相干时间最多延长366%，并首次在超导量子比特中实现多逻辑量子比特优于物理对应物。
2024-02-08 quant-ph
Eigen-SNAP gate for photonic qubits in a cavity-transmon system
该研究提出基于腔- transmons系统的Eigen-SNAP两量子比特门，通过外部驱动transmon在色散耦合区工作，实现√SWAP门并经数值优化提升保真度，为连续变量量子计算提供稳健平台。
2025-08-26 cond-mat.other quant-ph
Implementing a Universal Gate Set on a Logical Qubit Encoded in an Oscillator
逻辑量子比特是更高维系统的二维子空间，其被选择为使得可以检测和校正某些错误的发生。编码信息的操纵通常需要对整个系统进行任意和精确的控制。无论是基于多个物理量子位还是更大维度的模式（如振荡器），现实设备中的各个元件总是会有剩余的相互作用，在设计逻辑运算时必须考虑这些相互作用。在这里，我们展示了一个整体的控制策略，利用精确的知识的哈密顿操纵耦合的transmon系统。我们使用这种方法来实现高保真度（99%，推断），消相干有限的操作上的逻辑量子比特编码在超导腔谐振器使用四分量猫状态。我们的结果显示了应用数值技术控制线性振荡器的力量，并为利用它们的大希尔伯特空间作为量子信息处理的资源铺平了道路。
2016-08-08 quant-ph
Efficient characterization of qudit logical gates with gate set tomography using an error-free Virtual-Z-gate model
针对传统门集层析成像（GST）数据收集和计算成本高的问题，提出一种高效qudit GST方法，利用qudit Hadamard门与无误差虚拟Z门构建基准态以降低计算成本，并在超导transmon qutrit上验证了适用性。
2024-07-11 quant-ph
Implementation-independent sufficient condition of the Knill-Laflamme type for the autonomous protection of logical qudits by strong engineered dissipation
自主量子纠错利用量子系统与耗散辅助系统的工程耦合来保护量子逻辑状态免受退相干。我们表明，Knill-Laflamme条件，说明环境误差算子应平凡地作用于子空间，然后成为代码子空间，是足够的逻辑qudits被保护免受马尔可夫噪声。它被证明，在代码子空间中的总Lindbladian演变所造成的错误可以被抑制到很长的时间在大的工程耗散的限制，通过明确地推导出如何与时间和工程耗散强度的误差尺度。为了证明我们的方法的应用潜力，我们实现了我们的一般理论与二项式码，一类玻色子纠错码，并概述了它们如何可以实现在一个完全自主的方式，以防止光子损失在微波腔。
2018-07-31 quant-ph
Optimal control in large open quantum systems: the case of transmon readout and reset
本文提出结合伴随态方法与反时间反向传播的可扩展低内存框架，优化 Lindblad 开放量子系统控制，并在 transmon 色散读取和全微波复位中实现保真度与速度的 2 倍提升。
2025-02-20 quant-ph
Neural network decoder for near-term surface-code experiments
本文研究用于小码距表面码的神经网络解码器，结合 transmon 处理器实验与模拟数据，证明其利用相关错误和模拟软信息可显著降低逻辑错误率。
2023-10-23 quant-ph
Improved autonomous error correction using variable dissipation in small logical qubit architectures
随着时间的推移，超导量子位的相干时间已经大大改善。此外，使用工程耗散的小逻辑量子比特架构已经显示出进一步改善由几个物理量子比特组成的逻辑量子比特流形的相干性的巨大前景。然而，小逻辑量子比特的最佳工作参数通常还没有很好地理解。这项工作提出了几种方法来寻找优惠的参数配置，在三个不同的情况下，不断增加的复杂性。我们首先看一个单一的量子位通过耦合到一个有损耗的对象使用耗散的状态稳定。我们看看在这种方法中的误差校正的限制因素，以及我们如何解决这些问题，通过数值优化的参数耦合强度与有损耗的对象有一个有效的时变耗散率-我们称之为脉冲复位周期。然后，我们将这种方法转换为更有效的状态稳定到一个抽象的三量子位翻转码，并通过查看非常小的逻辑量子比特（VSLQ）结束。通过使用这些技术，我们可以进一步增加不同架构的逻辑状态寿命。我们显示出显着的优势，在使用脉冲复位周期的数值优化，固定的参数空间。
2020-10-23 quant-ph
Cooling and Autonomous Feedback in a Bose-Hubbard chain with Attractive Interactions
我们设计了一个量子浴，使熵和能量交换与一维玻色-哈伯德晶格有吸引力的现场相互作用。我们实现这三个超导transmon量子位耦合到一个单一的腔模式的阵列，transmon代表晶格的网站和他们的激发量子体现玻色子粒子。我们的冷却协议保留粒子数-实现一个典型的合奏-也提供了有效的制备暗态，由于对称性，不能通过腔上的相干驱动器准备。此外，通过施加连续微波辐射，我们还实现了自主反馈，以无限稳定阵列的特定本征态。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
A CNOT gate between multiphoton qubits encoded in two cavities
量子比特之间的纠缠门是量子计算机中执行算法的关键组成部分。然而，任何量子算法最终都必须对编码在高维系统中的错误保护逻辑量子比特进行操作。通常，逻辑量子比特被编码在多个两级系统中，但是在这样的量子比特上操作的纠缠门是高度复杂的，并且尚未被证明。在这里，我们实现了一个受控非（CNOT）门之间的两个多光子量子比特在两个微波腔。在这种方法中，我们在单腔模式的高维空间中编码量子比特，而不是在多个两能级系统中编码。我们通过transmon将两个这样的编码量子比特耦合在一起，transmon由RF泵驱动，以在190 ns内施加栅极。这比transmon的退相干时间短两个数量级，从而实现高保真门操作。这些结果是实现纠错逻辑量子比特通用算法的重要一步。
2017-12-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Fault-tolerant detection of a quantum error
任何量子纠错方案的一个关键组成部分是通过使用辅助系统来检测错误。然而，在辅助中发生的错误可以传播到逻辑量子比特上，不可逆地破坏编码信息。我们展示了一个容错的错误检测方案，抑制传播的辅助错误的一个因素为5，同时保持分配保真度。使用相同的方法来防止辅助激发的传播，从而将逻辑量子比特退相时间增加一个数量级。我们的方法是硬件高效的，因为它使用一个单一的多级transmon辅助和腔编码的逻辑量子比特，其相互作用是通过使用非共振边带驱动器在原位工程。结果表明，利用特定于系统的错误模型的硬件高效方法可以为容错量子计算带来进步。
2019-05-11 quant-ph
Quantum Error Detection Without Using Ancilla Qubits
在本文中，我们描述并实验证明了一个错误检测方案，不采用辅助量子位或中间电路测量。这是通过扩展希尔伯特空间来实现的，其中单个逻辑量子比特使用几个物理量子比特进行编码。例如，一种可能的两量子比特编码标识$|0\rangle_L=|01\rangle$和$|1\rangle_L=|10\rangle$。如果在最终测量期间观察到$|11\rangle$或$|00\rangle$，则声明错误，并且该运行不包括在后续分析中。我们提供了一个简单的位翻转编码的码字，一种方式来编码的状态，一种方式来实现逻辑$U_3$和逻辑$C_x$门，并描述错误可以被检测到。然后，我们在基于transmon的IBM量子计算机上运行Greenberger-Horne-Zeilinger电路，输入空间为$N\in\{2,3,4,5\}$逻辑量子位和每个逻辑量子位的$Q\in\{1,2,3,4,5\}$物理量子位。结果进行了比较，相对于$Q=1$和没有错误检测，我们发现一个显着的改善$Q\in\{2,3,4\}$。
2022-04-23 quant-ph
Geometric quantum gates with superconducting qubits
我们提出了一个方案，实现了一个通用的非阿贝尔几何变换的一个单一的逻辑量子比特组成的三个超导transmon量子比特耦合到一个单一的腔。该方案利用了绝热演化的有效三脚架哈密顿量，这是通过纵向驱动的transmons实现的旋转框架。该提议在实验上是可行的，并且可以作为几何量子计算原理的第一个证明。
2011-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Error-detected coherence metrology of a dual-rail encoded fixed-frequency multimode superconducting qubit
本研究在单个固定频率超导多模transmon量子比特中实现双轨编码，将振幅阻尼误差转换为可检测泄漏态，使逻辑误差率比物理误差率低一个数量级以上，并验证了架构的稳定性与可重复性。
2025-06-18 quant-ph
Asymmetry of CNOT gate operation in superconducting transmon quantum processors using cross-resonance entangling
受控非（CNOT）门通常包含在量子处理器的标准门集中，并提供了纠缠量子比特的重要方式。对于使用交叉共振纠缠技术的固定频率量子位，使用较高频率量子位来控制较低频率量子位能够比使用较低频率量子位作为控制短得多的纠缠时间。因此，当实现需要由较低频率量子位进行逻辑控制的CNOT门时，编译器可以通过使用等效电路来实现该功能，例如将Hadamard门放置在由较高频率量子位控制的CNOT门之前和之后的两个量子位上。然而，由于实现方式取决于哪个量子位是控制，因此自然会出现关于实现方式的相对性能的问题。我们已经在IBM Q网络上使用量子处理器探索了这一点。使用的基本电路包括创建贝尔状态的操作，然后是逆操作，以便在没有错误的情况下将量子位返回到其初始状态（Hadamard + CNOT + barrier + CNOT + Hadamard）。电路深度是不同的使用倍数的这个基本电路。观察到的不对称的最终状态的错误，随着电路的深度增加。不对称的强度和方向是唯一的，但对于每对测试的耦合量子位来说是可重复的。这一观察结果表明，CNOT实现中的不对称性应该针对感兴趣的量子位进行表征，并纳入电路转译中，以获得特定计算的最佳精度。
2020-09-02 quant-ph
Autonomous quantum error correction and quantum computation
在这项工作中，我们提出了一个一般的理论框架，自主校正的量子器件的研究。首先，我们确定了一个必要的和充分的修订版本的Knill-Laflamme条件的存在，工程Lindbladian提供保护，最多$c$连续错误的自然耗散，从而产生一个有效的逻辑消相干率抑制到顺序$c$。此外，我们证明了这种工程耗散可以与错误透明哈密顿（ETH）的广义实现相结合，以便在逻辑空间中执行量子计算，同时保持相同程度的抑制退相干。最后，我们介绍了一种形式主义预测与精度的自然，工程耗散源和广义ETH的相互作用所产生的逻辑代码空间中的紧急动态。
2021-03-08 quant-ph
Improved error correction with leakage reduction units built into qubit measurement in a superconducting quantum processor
QuTech（夸特克）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究协会）
本研究在超导量子处理器中集成泄漏减少单元，通过改进测量技术提升量子误差校正效果，有效降低逻辑错误率。
2025-11-21 quant-ph
Effect of Decoherence for Gate Operations on a Superconducting Bosonic Qubit
超导电路中的高品质因数3D腔是玻色子逻辑量子比特的理想候选者，因为它们的保真度仅受低光子损失率的限制。然而，用于操纵玻色子量子位的transmon量子位导致出现额外的弛豫和退相通道。在这项工作中，进行了数值研究，以阐明各种损失通道的玻色子量子比特上的逻辑门的性能的影响。一个门误差模型的开发，封装任意门操作的损失机制，并预测实验可实现的玻色子量子比特的门误差。从这项研究中收集到的关于损失机制的见解提出了更有效的优化算法，可以减少玻色子量子比特上的门错误。
2022-11-09 quant-ph
Bit flips are erasures in dissipative cat qubits
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Alice & Bob
通过量子轨迹证明，耗散稳定猫量子比特的比特翻转伴随强光子爆发，可被探测为擦除，从而降低容错开销。
2026-07-03 quant-ph
Erasure detection of a dual-rail qubit encoded in a double-post superconducting cavity
本文在双柱超导腔中实现双轨量子比特，利用辅助transmon进行擦除检测，并通过改进的联合Wigner层析成像表征码空间，测得擦除率远高于残余退相干率，展示了该架构在量子纠错中的潜力。
2023-11-17 quant-ph
Hardware-efficient autonomous quantum error correction
提出了一种新的方法来自主校正能量弛豫引起的逻辑量子比特的错误。该方案将逻辑量子比特编码为谐振子（更具体地，腔模式）中相干态的多分量叠加。编码、解码和校正操作的序列采用由耦合到腔的单个物理量子位提供的非线性。我们详细规划了如何在实际系统中实现这些操作。该提议直接解决了构建硬件高效且技术上可实现的量子存储器的任务。
2013-01-16 quant-ph
Converting qubit relaxation into erasures with a single fluxonium
Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
利用单个fluxonium实现量子比特弛豫到擦除错误的转换，显著提升逻辑寿命并减少硬件需求。
2026-01-16 quant-ph
Dynamical error reshaping for dual-rail erasure qubits
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Yale University（耶鲁大学）
本文提出通过抑制色散量子比特引入的噪声来提升双轨擦除量子比特的性能，显著降低擦除检查误差和逻辑两量子比特门保真度。
2026-04-04 quant-ph
Density-matrix simulation of small surface codes under current and projected experimental noise
我们提出了一个完整的密度矩阵模拟的量子存储器和计算性能的距离为3的逻辑量子比特表面17，以下最近提出的量子线路和使用实验误差参数的transmon量子比特在平面电路QED架构。我们使用该模拟来优化QEC方案的组件（例如，为了减少周期时间而折衷稳定器测量失真），并研究利用成分传输中弛豫主导误差的基本不对称性的反馈的益处。低阶近似计算将这些预测扩展到距离- $5$ Surface-49。这些结果清楚地表明，错误率低于表面码的容错阈值，Surface-17的性能可能超过量子存储器的盈亏平衡点。在最先进的量子位弛豫时间和读出速度下，Surface-49可以超过计算的盈亏平衡点。
2018-01-08 quant-ph
Coherent versus stochastic error injection on a repetition-code logical qubit in superconducting hardware
QuTech, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 卡弗里纳米科学研究所）；Delft Institute of Applied Mathematics, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 应用数学研究所）；SRON Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究研究所 SRON）；Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO)（荷兰应用科学研究组织 (TNO)）
实验研究比特翻转重复码中相干与随机错误对逻辑性能的影响，发现模拟预测的差异未在实验中观察到，可能源于频率漂移使相干错误随机化。
2026-06-05 quant-ph
Scalable nonadiabatic holonomic quantum computation on a superconducting qubit lattice
几何相位具有抗噪声的特性，是实现稳健、高保真量子门不可缺少的因素。然而，由于操作的复杂性以及编码后的量子信息在非逻辑量子比特基上的固有泄漏，使得普适非绝热完整量子计算的实验实现非常困难。在这里，我们建议实现可扩展的非绝热完整量子计算与消相干的子空间编码的二维正方形超导transmon量子比特晶格，其中只有两个身体的相互作用，从最简单的电容耦合，是需要的。同时，我们引入了量子比特频率驱动来实现相邻transmon量子比特之间的可调谐谐振耦合，从而避免了泄漏问题。此外，我们提出的数值模拟表明，高保真量子门可以得到，验证了我们的方案的鲁棒性和可扩展性的优势。因此，我们的计划提供了一个有前途的方式走向物理实现的强大和可扩展的量子计算。
2019-12-11 quant-ph
Bounds on Autonomous Quantum Error Correction
本文分析自主量子存储器的马尔可夫解码器，推导逻辑错误率上下界，证明通过纠错速率的适当标度可实现超多项式甚至指数级错误抑制，并以可解耗散环面码模型验证。
2025-07-05 quant-ph
Real-time decoding of stabilizer measurements in a bit-flip code
虽然量子比特相干时间和门的相干性不断提高，但逻辑编码对于在量子计算中实现容错是必不可少的。在大多数编码方案中，在整个计算过程中校正或跟踪错误对于实现通用门集而不增加处理器中的显著延迟是必要的。在这里，我们实现了一个经典的控制体系结构，用于基于多个周期的稳定器测量和后续校正的快速提取误差。我们展示了它的应用程序上的最小位翻转码与5 transmon量子位，显示实时解码和校正的基础上，多个稳定器是优越的速度和保真度的重复校正的基础上，个别周期。此外，可以快速测量编码的量子位，从而实现依赖于前馈的条件操作，例如逻辑门。这种经典信息和量子信息的协同处理对于逻辑电路全速运行以超过错误积累至关重要。
2019-11-27 quant-ph
Optimizing quantum error correction protocols with erasure qubits
California Institute of Technology（加州理工学院）；Yale Quantum Institute & Department of Applied Physics, Yale University（耶鲁大学应用物理系与耶鲁量子研究所）；AWS Center for Quantum Computing（亚马逊量子计算中心）；Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学拉卡物理研究所）
本文通过分析擦除量子比特在表面码中的应用，展示了其在降低量子错误校正开销方面的优势。
2026-01-14 quant-ph
Interpretable rule-based learning in an autonomous thermodynamic network
H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol（布里斯托大学H.H.威尔斯物理实验室）；Quantum Engineering Technology Labs, H. H. Wills Physics Laboratory and School of Electrical, Electronic, and Mechanical Engineering, University of Bristol（布里斯托大学量子工程技术实验室、H.H.威尔斯物理实验室及电气、电子与机械工程学院）
利用热力学神经元构建自主、可解释的Tsetlin机分类器，通过噪声和热流实现逻辑运算，在无外部控制下达到与标准Tsetlin机相当的分类精度。
2026-06-26 quant-ph
Bosonic Error Correction with Fluxonium
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）
该研究在完全平面超导架构中，利用重fluxonium和片上螺旋谐振器实现了玻色子量子纠错，通过制备并稳定GKP态，将逻辑寿命延长1.59倍，首次展示了弱耦合fluxonium的谐振器控制。
2026-10-01 quant-ph
High-fidelity measurement of qubits encoded in multilevel superconducting circuits
量子位测量是量子信息处理的核心。在超导量子比特领域，标准读出技术不仅受到信噪比的限制，而且还受到测量过程中的状态弛豫的限制。在这项工作中，我们证明了由于松弛的限制可以通过使用超导电路的多电平希尔伯特空间来抑制：在多级编码中，只有当出现多个错误时，测量才被破坏。采用这种技术，我们表明我们可以直接解决$10^3.$中一个部分的水平上的transmon门错误扩展这一想法，我们将相同的原理应用于以玻色子模式编码并使用transmon辅助检测的逻辑量子比特的测量，实现了Hann等人的提议。[Phys. Rev. A \textbf{98} 022305（2018）]。量子比特状态分配是基于一系列重复的读出，进一步减少了整体的不保真度。这种方法是相当普遍的，并研究了几种编码;当它们之间的距离相对于光子损失增加时，码字更容易区分。多个读出和状态松弛之间的权衡进行了探讨，并显示与光子损失模型是一致的。我们报告了一个逻辑分配失真的$5.8\times 10^{-5}$为Fock为基础的编码和$4.2\times 10^{-3}$的QEC代码（$S=2,N=1$二项式代码）。我们的研究结果不仅将提高量子信息应用的保真度，而且还可以更精确地表征工艺或门错误。
2019-08-23 quant-ph
Surface-code Superconducting Quantum Processors: From Calibration To Logical Performance
本论文针对当前量子处理器噪声大、错误率高的问题，通过表面码和Transmon超导量子比特实现并优化小规模量子纠错实验，涵盖门保真度提升、错误检测、自动化校准、泄漏抑制及逻辑性能评估，旨在迈向容错量子计算。
2025-04-23 quant-ph
Autonomous quantum error correction beyond break-even and its metrological application
本文在电路量子电动力学系统中利用工程化耗散实现超越盈亏平衡点的自主量子纠错，逻辑寿命提升18%，并获得6.3 dB计量增益。
2025-09-30 quant-ph
A biased-erasure cavity qubit with hardware-efficient quantum error detection
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Quantum Academy（国际量子科学院）；Shenzhen Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室深圳分部）
该研究实现了一种硬件高效的偏置擦除量子比特，通过逻辑测量和中电路擦除检测，实现了低于1%的逻辑态分配误差和显著的相干增益，为容错量子计算提供了新的平台。
2026-01-29 quant-ph
Alibaba Cloud Quantum Development Platform: Surface Code Simulations with Crosstalk
我们在一系列笔记中报告了我们在阿里云量子开发平台（AC-QDP）上的工作。AC-QDP提供了一套工具，用于帮助开发量子计算算法和量子处理器，并由部署在阿里云上的大规模经典模拟器提供支持。在这篇笔记中，我们模拟了一个距离为3的逻辑量子比特编码的17量子比特表面码使用实验噪声参数的平面电路QED架构中的transmon量子比特。我们的模拟功能串扰引起的ZZ相互作用。我们表明，在当前阶段的噪声水平，串扰的逻辑量子比特的相移有很大的贡献。这导致总相位翻转概率为$\sim 0.6\%$，比不考虑串扰时的预期高约$60\%$。这表明，对于所考虑的代码，当前噪声参数接近但尚未满足盈亏平衡容错机制。
2020-02-20 quant-ph
Demonstrating Quantum Error Correction that Extends the Lifetime of Quantum Information
量子纠错（QEC）的显着发现可以克服一个量子信息（量子比特）比特所经历的错误，这是一个关键的进步，为最终实现实用的量子计算机带来了希望。原则上，实现QEC的系统实际上可以通过“收支平衡”点，并将量子信息保存的时间长于其组成部分的寿命。然而，达到收支平衡点迄今仍是一个悬而未决和具有挑战性的目标。几个以前的工作已经证明了QEC的元素在NMR，离子，氮空位（NV）中心，光子和超导transmons。然而，这些工作主要是说明签名或缩放性质的QEC码，而不是测试的能力，系统延长寿命的量子信息随着时间的推移。在这里，我们展示了一个QEC系统，通过抑制自然误差，由于能量损失的量子比特逻辑编码在超导谐振器的相干态或猫态的叠加达到盈亏平衡点。此外，实验实现了一个完整的QEC协议，使用实时反馈编码，监控自然发生的错误，解码和纠正。如通过全过程层析成像所测量的，编码信息的增强寿命是320微秒，而没有任何后选择。这比系统的transmon大20倍，比未校正的逻辑编码长两倍，比系统的最高质量元素（谐振器的0，1 Fock状态）长10%。我们的研究结果说明了新的，硬件有效的量子比特编码的传统QEC计划的权力。此外，他们推进了实验纠错领域，从确认基本概念到探索驱动系统性能的指标以及实现容错系统的挑战。
2016-02-15 quant-ph
Beating the break-even point with autonomous quantum error correction
本研究在单个囚禁离子中实现自主量子纠错，通过工程化自旋-运动耦合和协同冷却，无需测量反馈即将逻辑量子比特寿命延长至11.6毫秒，超越盈亏平衡点，为容错量子计算提供高效路径。
2025-04-23 quant-ph
Hardware efficient autonomous error correction with linear couplers in superconducting circuits
本研究展示了Star code（一种仅需线性耦合元件的自主量子纠错方案）的最优参数选择，并探讨其在平面超导电路中的可扩展应用。
2024-01-10 quant-ph
Reducing the error rate of a superconducting logical qubit using analog readout information
针对传统量子纠错解码忽略模拟读出软信息的问题，实验将软信息纳入d=3比特翻转表面码解码，采用最小权重完美匹配和循环神经网络策略，使逻辑错误率降低6.8%，且具平台无关性并可缩短读出时长。
2024-08-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Autonomous quantum error correction and fault-tolerant quantum computation with squeezed cat qubits
针对连续变量系统中的主要误差源--激发损耗，提出了一种利用压缩猫（SC）码的自治量子纠错方案.通过水库工程，我们表明，结构化耗散可以稳定的两个组件SC，同时自主纠正错误。这种耗散的实现仅需要三个玻色子模式之间或玻色子模式与qutrit之间的低阶非线性耦合。虽然我们提出的方案是设备独立的，它是很容易实现与当前的实验平台，如超导电路和捕获离子系统。与稳定猫相比，稳定SC具有更低的主导错误率和显着增强的噪声偏差。此外，SC的偏置保持操作具有低得多的错误率。在组合中，稳定的SC在与外部离散变量码级联时导致实质上更好的逻辑性能。表面SC方案实现了损失率$κ_1$和工程耗散率$κ_2$之间的阈值比的一个数量级以上的增加。在实际的噪声比$κ_1/κ_2 = 10^{-3}$下，重复SC方案即使在小的平均激发数4的情况下也可以达到$10^{-15}$逻辑错误率，这对于实际有用的量子算法已经足够了。
2022-10-24 quant-ph
Generation of frequency-bin-encoded dual-rail cluster states via time-frequency multiplexing of microwave photonic qubits
RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Department of Applied Physics, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo（东京大学大学院工学系研究科应用物理系）；Department of Applied Physics, Stanford University（斯坦福大学应用物理系）
本文提出通过微波光子量子比特的时间-频率复用生成频率桶编码的双轨簇状态，实现了高保真度的多量子比特纠缠态生成。
2026-03-02 quant-ph
Hardware optimized parity check gates for superconducting surface codes
纠错码使用多量子比特测量来实现容错量子逻辑步骤。事实上，扩展容错量子计算硬件所需的资源在很大程度上是由这项任务决定的。因此，为联合测量量身定制下一代处理器可能会提高速度、精度或成本，从而加速大规模量子计算机的开发。在这里，我们通过分析一个非常规的表面码超导transmon量子比特之间的多体相互作用的基础上，激励这样的探索。我们的核心考虑是硬件优化奇偶校验（HOP）门，通过同时多量子位条件相位累积实现稳定器类型的测量。尽管支持这种方法的多体效应，我们的逻辑故障的估计表明，这种设计可以至少是鲁棒的现实噪声作为传统的设计。与标准代码的$0.79 \times 10^{-3}$相比，我们显示了更高的$1.25 \times 10^{-3}$阈值。然而，在HOP码中，逻辑错误率随着物理错误率的降低而降低得更慢。我们的研究结果指出了一个富有成效的路径，在其经验发展的黎明，扩展门模型平台的纠错。
2022-11-11 quant-ph
Autonomous quantum error correction of Gottesman-Kitaev-Preskill states
本研究基于超导器件的reservoir engineering，通过对辅助transmon量子比特进行无条件重置，实现了GKP态的自主量子纠错，成功延长逻辑量子比特寿命并达到纠错数多于生成数的临界点。
2023-10-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
