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
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
Implementation of a Deutsch-like quantum algorithm utilizing entanglement at the two-qubit level, on an NMR quantum information processor
我们描述了一个最近提出的量子算法的实验实现,涉及量子纠缠在两个量子比特的水平上使用NMR。该算法解决了广义的Deutsch问题,并区分偶数和奇数的功能,使用更少的功能调用比可能的经典。与Deutsch-Jozsa算法和Grover的两位搜索算法不同,这里两个量子位的纠缠态的操纵是必不可少的。
2000-06-22 quant-ph
High-fidelity superconducting quantum processors via laser-annealing of transmon qubits
在保持高保真度量子门的同时缩放量子比特的数量仍然是量子计算的关键挑战。目前,具有>50个量子比特的超导量子处理器是活跃可用的。对于这样的系统,固定频率的传输是有吸引力的,由于其长的相干性和抗噪性。然而,由于精确的相对频率要求,缩放固定频率架构具有挑战性。在这里,我们采用激光退火来选择性地将transmon量子比特调谐到所需的频率模式。对数百个退火量子位的统计表明,经验调谐精度为18.5 MHz,对量子位相干性没有可测量的影响。我们在一个调谐的65量子位处理器上量化了门误差统计,其中位两量子位门保真度为98.7%。基线调谐统计产生4.7 MHz的频率-等效电阻精度,足以用于超过1000量子位水平的高产率缩放。展望未来,我们预计选择性激光退火将在缩放固定频率架构中发挥核心作用。
2020-12-15 quant-ph
Special-Purpose Quantum Processor Design
量子比特的完全连通性是大多数量子算法所必需的,这很难在有噪声的中等规模量子处理器上直接实现。然而,插入交换门以使非耦合量子位之间的两个量子位门显著降低计算结果保真度。为此,我们提出了一种专用量子处理器设计方法,可以为不同的量子算法设计合适的结构。该方法将处理器结构从二维格点图扩展到一般的平面图,并根据量子算法的逻辑量子比特之间的双量子比特门分布和物理约束来安排物理耦合器。实验结果表明,我们的设计方法,与其他方法相比,可以减少额外的交换门的数量,每个两个量子位门平均至少104.2%。此外,我们的方法相比其他方法的优势变得更加明显,随着深度和量子比特数的增加。结果表明,该方法在提高计算结果的保真度方面具有竞争力,在现有技术条件下有可能体现出量子优势。
2021-02-01 quant-ph
Quantum simulation of entanglement dynamics in a quantum processor
本文在 IBM 127 量子比特处理器上实现五量子比特协议,通过辅助量子比特估计纠缠,观察不同初始条件下纠缠的突然死亡与突然诞生,验证了含噪量子设备可用于检验量子信息基本概念。
2024-08-06 quant-ph
System-Level Design of Scalable Fluxonium Quantum Processors with Double-Transmon Couplers
Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area(粤港澳大湾区量子科学中心)
本文提出了一种基于双transmon耦合器的fluxonium量子处理器系统设计方法,通过频率分区架构实现高保真单双量子门操作、快速量子比特重置和鲁棒色散读取。
2026-04-29 quant-ph
Hybrid scheme for factorization: Factoring 551 using a 3-qubit NMR quantum adiabatic processor
量子处理器在许多计算任务(包括因子分解)上可能优于经典处理器。电路方法以及绝热方法已经被提出并实现,用于找到给定合数的因子。将其扩展到更大数量的主要挑战是无法获得大量量子位。在这里,我们提出了一个混合方案,涉及经典和量子计算,这减少了因子分解所需的量子位数。经典部分涉及建立和部分简化一组逐位因子分解方程,量子部分涉及使用量子绝热过程求解这些耦合方程。我们使用三量子位NMR量子寄存器通过分解551来演示混合方案。
2016-11-16 quant-ph
Mitigating Capacitive Loading Enables Fast Two-Qubit Gates in Highly Connected Fluxonium Quantum Processors
Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area(粤港澳大湾区量子科学中心)
研究二维磁通量子处理器中电容负载问题,通过推导解析关系确定其主要来源,据此制定设计原则并经数值验证,证明电容负载不构成二维磁通量子处理器的基本限制,实现了超快、高保真双量子比特门。
2026-09-04 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
Process Tomography on a 7-Qubit Quantum Processor via Tensor Network Contraction Path Finding
量子过程层析成像(QPT)是一种验证量子处理器运行的重要工具,其中通过分析重复的量子测量来重建量子信道。我们详细介绍了结合使用现有的QPT方法的基础上张量网络(TN)和无监督学习与TN收缩路径查找算法,以使用TN的任意拓扑结构进行重建。实验是在7量子位IBM量子猎鹰处理器ibmq_casablanca上进行的,我们通过将用于重建的张量网络的拓扑与处理器的拓扑相匹配来演示这种技术,使我们能够扩展线性最近邻电路的特性。此外,我们对每个单独的量子位进行单量子位门集层析成像(GST),以纠正QPT的状态准备和测量阶段期间的可分离错误,这些错误与所考虑的通道分离,但可能会对其重建质量产生负面影响。我们能够报告的保真度为0.89对理想的单一周期的随机量子线路在ibmq_casablanca上执行的信道,在获得后,只是$1.1 \times 10^5$测量重建这个7-qubit的过程。这表示总测量比在7量子位过程上进行完整的传统QPT所需的数量少五个数量级以上。
2021-12-13 quant-ph
All-to-all connectivity of Rydberg-atom-based quantum processors with messenger qubits
Russian Quantum Center(俄罗斯量子中心);Moscow Institute of Physics and Technology(莫斯科物理技术学院);Quantum Technology Centre and Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University(莫斯科国立大学量子技术中心与物理学院);National University of Science and Technology “MISIS”(国立科技大学米西斯);Skolkovo Institute of Science and Technology(斯科尔科沃科学技术学院);Department of Mathematical Methods for Quantum Technologies, Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院斯捷克洛夫数学研究所量子技术数学方法系)
本文提出利用移动的信使量子比特实现Rydberg原子量子处理器的全连接性,通过比较四种架构展示其技术优势与挑战,为可扩展的量子处理器提供新途径。
2025-11-06 quant-ph
Experimental construction of generic three-qubit states and their reconstruction from two-party reduced states on an NMR quantum information processor
我们在核磁共振量子信息处理器上对三个量子比特的状态空间进行了实验研究。我们构建了一个方案,实验实现了一般的三量子比特态的规范形式,单量子比特幺正。这种形式涉及GHZ和三个量子比特的W型最大纠缠态的非平凡组合。我们为一般态构造的一般电路可简化为GHZ态和W态的特殊情况。一个通用的状态的实验建设进行了一个非平凡的一组参数和良好的保真度的准备证实了完整的状态层析成像。GHZ和W态被构造为一般实验方案的特例。此外,我们通过实验证明了一个关于三量子比特状态的奇怪事实,对于几乎所有的纯态,两量子比特的简化态可以用来重建完整的三量子比特状态。对于一般状态和W状态的情况下,我们证明了这种重建方法,通过比较它与直接断层扫描的三量子比特状态。
2015-01-29 quant-ph
Experimental Classification of Entanglement in Arbitrary Three-Qubit States on an NMR Quantum Information Processor
我们在核磁共振量子信息处理器上对任意三比特纯量子态中的纠缠进行了实验检测。只有四个观测量的测量,足以区分实验上的六类状态下是不等价的随机本地操作和经典通信(SLOCC)。实验实现是通过将所需的可观测量映射到单个量子位的Pauli $z$ -算子上来实现的,该量子位可直接进行测量。该检测方案适用于已知的纠缠态以及使用通用方案随机生成的状态,该通用方案可以构建所有可能的三量子比特状态。结果证实,通过直接全量子态层析成像以及通过负性计算和比较表明,该协议确实是成功地检测三方纠缠,而不需要任何{ \it先验}信息的状态。
2018-05-07 quant-ph
"Spectral Implementation" for creating a labeled pseudo-pure state and the Bernstein-Vazirani's algorithm in a four-qubit nuclear magnetic resonance quantum processor
介绍了一个量子线路,描述了在一个4量子位核磁共振量子处理器上用多分量激发方案制备标记赝纯态的过程.同时,对可控旋转门的低功耗选择性单脉冲实现进行了理论分析和数值研究,并在实验中验证了其有效性。基于所制备的标记伪纯态,通过谱实现实验验证了一个3量子比特的Bernstein-Vazirani算法.计算的“答案”是从观测者自旋谱中的分裂发言位置识别的,这相当于算法所需的投影测量。
2004-02-23 quant-ph
High-Fidelity Entangled States in a Connectivity-Four Fluxonium Quantum Processor
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften(瓦尔特·迈斯纳研究所,巴伐利亚科学院)
本研究实现了一款采用集总元件谐振器耦合器的四连通性磁通量子比特量子处理器,其单、两量子比特门保真度优异,成功制备多量子比特纠缠态,为高连通性量子处理器及量子纠错架构提供了可行方案。
2026-08-27 quant-ph
Fault-tolerant Quantum Error Correction on Near-term Quantum Processors using Flag and Bridge Qubits
利用量子纠错(QEC)进行容错(FT)计算是实现大规模量子算法的必要条件。预计在不久的将来,设备将有足够的量子位来展示容错方面。然而,这些近期的量子处理器将只包含少量的噪声量子比特,并允许有限的量子比特连接。因此,容错方案,不仅具有低的量子比特开销,但也符合几何相互作用的约束是必要的。在这项工作中,我们结合标志容错与量子线路映射,使一个有效的标志桥的方法来实现FT QEC的近期设备。我们进一步展示了一个例子,在两个电流超导处理器上执行Steane码纠错,并数值分析了它们的性能与电路级噪声。仿真结果表明,并行测量更多稳定器的QEC电路具有较低的逻辑错误率。我们还观察到,Steane码可以优于距离3表面码使用标志桥纠错。此外,我们预见了潜在的应用的旗帜桥的方法,如FT计算使用晶格手术和代码变形技术。
2019-09-17 quant-ph
Scalable Fluxonium Quantum Processors via Tunable-Coupler Architecture
Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area(粤港澳大湾区量子科学中心)
本文提出了一种基于模块化qubit-耦合器单元的可扩展fluxonium处理器架构,实现了高保真度的单量子比特门和双量子比特CZ门,并在22量子比特处理器中验证了其可行性。
2026-04-15 quant-ph
Realisation of a programmable two-qubit quantum processor
通用量子计算机是一种能够模拟任何物理系统的设备,代表了量子信息科学领域的一个主要目标。预计在这样的设备上执行的算法将为一些重要的计算任务提供显着的增益。在量子信息的上下文中,“通用”是指在系统的计算空间中执行任意幺正变换的能力。任意单量子位(qubit)门与纠缠双量子位门的组合是一种能够实现任意数量量子位的通用控制的门集,前提是这些门可以在任意量子位对之间重复执行。虽然门集合已经在几种技术中得到了证明,但它们还没有针对特定的任务进行定制,形成了所有酉算子的一个小子集。在这里,我们展示了一个可编程的量子处理器,实现任意幺正变换的两个量子比特,这是存储在捕获的原子离子。使用量子态和过程层析成像,我们证明了我们的实现的保真度为160随机选择的操作。这种通用控制等效于模拟自旋为1/2的系统之间的任何成对相互作用。可编程多量子位寄存器可以形成大规模量子处理器的核心组件,这里使用的方法适用于这样的设备。
2009-08-20 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
Enhancing quantum control by bootstrapping a quantum processor of 12 qubits
量子系统的精确和有效控制是量子信息处理的核心挑战之一。目前最先进的实验很少超过10个量子比特,并且在大多数情况下只能证明有限的控制。在这里,我们演示了一个12量子比特系统的控制,并表明该系统可以作为一个量子处理器,通过使用基于测量的反馈控制(MQFC)来优化自己的控制序列。最终的产品是一个复杂的12量子位任务的控制序列:准备一个12相干态。控制序列比标准(经典)技术生成的序列精确约10%,表明MQFC可以纠正未知的缺陷。除了对一个相对较大的系统进行高水平的控制外,我们的研究结果还表明,即使在12量子比特的水平上,量子处理器也可以成为一种有用的实验室仪器。作为我们的工作的扩展,我们提出了一种方法,结合MQFC技术与旋转协议,优化控制序列,产生所需的Clifford门。
2017-10-26 quant-ph
Experimental Implementation of a Qubit-Efficient Variational Quantum Eigensolver with Analog Error Mitigation on a Superconducting Quantum Processor
本文在超导量子处理器上实验实现了仅用一个transmon量子比特和一个光子量子比特的量子比特高效VQE,结合矩阵乘积态压缩和零噪声外推误差缓解,成功求解4自旋Ising模型基态能量,证明在最少量子资源下执行量子算法并有效抑制噪声的可行性。
2025-04-09 quant-ph
Benchmarking of quantum processors with random circuits
尺寸在10-100量子比特范围内的量子处理器现在越来越常见。然而,随着规模的增加,基准测试的复杂性也随之增加。给定设备的有效性在不同任务之间可能会有很大差异,并且并不总是容易从单量子位和双量子位门的性能来预测。出于这个原因,评估处理器在一系列重要任务中的质量非常重要。在这项工作中,我们提出并实现基于随机量子线路的测试。这些用于评估多个不同的超导量子位设备,大小从5到19个量子位,来自两个硬件制造商:IBM Research和Rigetti。对数据进行分析,以定量描述器械的性能。我们还描述了它如何可以被用于一个定性的描述访问外行,作为一个游戏。
2018-06-07 quant-ph
A cold-atoms based processor for deterministic quantum computation with one qubit in intractably large Hilbert spaces
我们提出了一个协议的实施,确定性量子计算与一个量子比特(DQC 1),可以很容易地在高维希尔伯特空间中操作的里德伯相互作用和合奏的冷原子在混合状态。我们提出了一个实验测试的可扩展性的协议,并研究物理的不和谐。此外,我们开发了一个计划,以增加控制非平凡的幺正,这将使研究多体物理与合奏混合状态。
2013-09-30 quant-ph
Experimental Demonstration of Non-Destructive Discrimination of Arbitrary Set of Orthogonal Quantum States Using 5-qubit IBM Quantum Computer on Cloud
V.S.提出了一种无损描述任意正交量子态的方案。Manu等人,使用基于量子相位估计的算法。IBM公司已经发布了一个基于超导的5-qubit(5-qubit transmon bowtie chip 3和IBM 5-qubit real processor)量子计算机,名为Quantum Experience,并将其放在云端。在本文中,我们利用这些真正的量子处理器(ibmqx 2和ibmqx 4)的在线可用性,并使用NMR量子处理器执行上述实验证明的协议。在这里,我们建立了任意单量子比特和双量子比特正交量子态的实验。实验证明,该方法能够以无损的方式对任意正交量子态进行高保真度的区分。我们比较了ibmqx 2和ibmqx 4处理器的实验结果。在这里,我们还展示了单量子比特实验的状态层析成像。
2018-03-16 quant-ph
Direct tomography of quantum states and processes via weak measurements of Pauli spin operators on an NMR quantum processor
本研究提出基于弱测量的高效直接量子态与过程层析成像方案,构建通用量子电路利用标量J耦合调控相互作用,在NMR量子处理器上实验实现,可精准表征多类量子态与过程。
2023-03-13 quant-ph
Demonstration of RIP gates in a quantum processor with negligible transverse coupling
本文在六量子比特超导处理器中实验演示多模 LBI 耦合器,通过多路径干涉实现无需通量调谐的可忽略横向耦合,并以微波驱动 RIP 门实现高保真双量子比特操作。
2024-06-17 quant-ph
Quantum gate teleportation between separated qubits in a trapped-ion processor
大规模量子计算机将需要在相距甚远的量子位之间进行量子门操作。实现这种操作的方法,称为量子门隐形传态(QGT),只需要本地操作,经典通信和共享纠缠。我们证明了QGT在一个可扩展的架构,通过确定性地传送控制非(CNOT)门之间的两个量子位在空间上分离的位置在离子阱。在95%的置信水平下,我们传送的CNOT的纠缠保真度在[0.845,0.872]区间内。该实现将离子穿梭与单独寻址的单量子位旋转和检测,相同和混合物种的双量子位门以及实时条件操作相结合,从而展示了用于缩放结合在单个设备中的捕获离子量子计算机的基本工具。
2019-08-19 quant-ph
Implementation of a scalable universal two-qubit quantum processor with electron and nuclear spins in a trapped ion
本文提出利用离子内部能级和电子/核自旋实现可扩展 n 离子-2n 量子比特处理器,并在单离子系统上验证通用门与 Grover 算法,为大幅扩展量子计算 Hilbert 空间提供新路径。
2024-07-01 quant-ph
Dynamically Reconfigurable Photon Exchange in a Superconducting Quantum Processor
实现量子计算的优势需要访问许多量子比特(qubit)的状态的完整希尔伯特空间。因此,大规模量子计算面临的挑战是有效地在许多量子比特之间产生纠缠。在量子比特之间的直接连接数量有限的系统中,非最近邻量子比特之间的纠缠是由一系列最近邻门产生的,这以指数方式抑制了所产生的保真度。在这里,我们提出并证明了一种新的,片上光子交换网络。该光子网络被嵌入到超导量子处理器(QPU)中,以实现任意可重构的量子比特连接图。我们展示了量子位之间的长程量子位-量子位相互作用,其中$9.2~\text{cm}$沿着曲折的总线谐振器具有最大的空间分离,并且实现了高达$g_{\text{qq}} = 2π\times 0.9~\text{MHz}$的光子交换率。这些实验演示为实现高度连接的、可重构的量子光子网络提供了基础,并为模块化量子计算开辟了新的道路。
2023-03-06 quant-ph
Qubit error bursts in superconducting quantum processors of Quantum Inspire: quasiparticle pumping and anomalous time dependence
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology(代尔夫特理工大学量子纳米科学卡弗里研究所和QuTech);Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO)(荷兰应用科学研究组织(TNO));Faculty of Electrical Engineering, Mathematics, and Computer Science, Delft University of Technology(代尔夫特理工大学电气、数学与计算机科学学院)
研究发现量子Inspire超导量子处理器中量子比特错误爆发的准粒子泵浦机制及异常时间依赖性。
2026-03-04 quant-ph
Mitigating crosstalk errors for simultaneous single-qubit gates on a superconducting quantum processor
IQM Quantum Computers(IQM量子计算机公司)
本研究通过结合基于模型的频率优化与CTS脉冲整形技术,缓解超导量子处理器中同时单量子比特门操作的串扰误差,实现了高保真度的并行操作。
2026-03-11 quant-ph
A Processor Core Model for Quantum Computing
我们描述了一种基于处理“核心”的架构,其中多个量子位永久地相互作用,以及一个单独的“存储”,其中量子位孤立地存在。计算包括单量子位操作、存储和核心之间的交换以及核心的自由演化。这使得使用纠缠相互作用“始终开启”的物理系统进行计算成为可能。或者,对于可切换系统,我们的模型构成了优化多量子位门的处方。我们讨论了量子傅里叶变换,哈密顿模拟和量子纠错的实现。
2006-02-16 quant-ph
Two-qubit quantum photonic processor manufactured by femtosecond laser writing
本研究利用飞秒激光直写技术制造了低损耗可重构的双量子比特光子量子处理器,通过完全过程层析表征了门性能,并基于变分量子本征求解算法演示了计算H2分子基态能量,证明了该技术在构建高质量小规模量子处理器方面的潜力。
2022-12-12 physics.optics quant-ph
Arbitrary quantum circuits on a fully integrated two-qubit computation register for a trapped-ion quantum processor
本文在基于量子电荷耦合器件架构的囚禁离子处理器中,利用芯片集成微波寻址在 ^9Be^+ 双离子晶体上实现通用门集与任意双量子比特电路,并表征串扰和门性能。
2024-05-24 quant-ph
Simulating noise on a quantum processor: interactions between a qubit and resonant two-level system bath
本研究构建了结合标准隧穿模型、电场分布与开放量子系统动力学的模型,通过Lindbladian模拟200个强耦合二能级系统(TLS)与量子比特的相互作用,发现强电场区的共振TLS显著影响量子比特弛豫时间,为未来量子处理器设计提供指导。
2023-06-07 quant-ph
Qubit Health Analytics and Clustering for HPC-Integrated Quantum Processors
本文基于自研20量子比特NISQ设备超过250天的校准数据,提出数据驱动框架,通过时间模式分析、相关性分析和无监督聚类识别稳定与噪声量子比特,并用GHZ态实验验证,最终为HPCQC工作流提供健康指标及维护调度建议。
2025-08-28 quant-ph
Two-qubit silicon quantum processor with operation fidelity exceeding 99%
硅自旋量子比特满足量子信息处理的必要标准。然而,一直缺乏高保真度状态准备和读出与高保真度单量子位和双量子位门相结合的演示,所有这些都必须存在于量子纠错中。我们使用两个量子位Si/SiGe量子处理器来演示状态准备和读出,保真度超过97%,结合单量子位和两个量子位的控制精度超过99%。量子处理器的操作的定量特征在于使用门集断层扫描和随机基准。我们的研究结果突出了硅自旋量子比特成为中等规模量子处理器发展中的主导技术的潜力。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving performance of probabilistic programmable quantum processors
我们提出了一个系统的分析,如何可以提高性能的概率可编程量子处理器。我们推广了一个简单的Vidal-Masanes-Cirac处理器,该处理器实现了量子比特上的U(1)旋转,旋转的相位编码在程序寄存器的状态中。我们展示了如何成功的概率处理器的概率可以通过使用循环中的处理器来提高。此外,我们表明,相同的策略可以用于量子比特上的非酉变换的概率实现。此外,我们还证明了量子比特的任意SU(2)变换都可以被编码到通用可编程概率量子处理器的程序状态中。该处理器的成功概率可以通过经由条件循环的错误的系统校正来增强。最后,我们表明,我们所有的结果也可以推广到qudits。特别地,我们展示了如何通过可编程量子处理器实现量子比特的SU(N)旋转,以及当它用于循环时,如何提高处理器的性能。
2003-11-25 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
Benchmarking the algorithmic performance of near-term neutral atom processors
本研究通过模拟基准测试了近期里德伯原子量子处理器的算法性能,计算了9量子比特设备的量子体积为2^9,并实现了高成功概率的伯恩斯坦-瓦齐拉尼和格罗弗算法,表明其作为竞争性近期平台的潜力。
2024-02-03 quant-ph
Experimentally obtaining the Likeness of Two Unknown Quantum States on an NMR Quantum Information Processor
近年来,量子态鉴别的研究越来越多。本文从两个量子态的相似性这一角度来研究它们。保真度用来描述两个量子态的相似性。在此基础上,我们提出了一种在NMR量子信息处理机上直接从辅助量子比特(自旋)谱的积分面积获得两个未知量子比特保真度的方案。最后,我们在一个三量子位量子信息处理器上演示了该方案。实验数据与理论预期值一致,平均误差为0.05,证实了该方案的正确性。
2003-08-23 quant-ph
The Snake Optimizer for Learning Quantum Processor Control Parameters
高性能量子计算需要比系统漂移快得多地学习最优控制参数的校准系统。在某些情况下,学习过程需要解决复杂的优化问题,这些问题是非凸的,高维的,高度约束的,并且具有天文搜索空间。这样的问题对可扩展性造成了障碍,因为传统的全局优化器通常对于包括数十个量子位的小规模处理器来说效率太低并且速度太慢。在本白皮书中,我们介绍了Snake Optimizer,通过利用人工智能、动态规划和图优化中的概念,高效快速地解决此类优化问题。在实践中,Snake已被应用于优化频率,在频率可调超导量子比特中实现量子逻辑门。该应用程序在53量子位量子处理器上实现了最先进的系统性能,是展示量子霸权的关键组成部分。此外,Snake Optimizer可以随着量子比特数的增加而顺利扩展,并且可以进行局部重新优化和并行化,这表明它有望优化更大的量子处理器。
2020-06-08 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
Demonstrating quantum speed-up in a superconducting two-qubit processor
我们操作的超导量子处理器由两个可调transmon量子位耦合交换相互作用,并配备了非破坏性的单次读出的两个量子位。有了这个处理器,我们在四个对象之间运行Grover搜索算法,发现在单次运行后检索到正确答案,成功概率在0.52和0.67之间,明显大于经典算法实现的0.25。这构成了电子量子处理器的量子加速的概念验证。
2011-10-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Detecting crosstalk errors in quantum information processors
串扰发生在具有多于一个量子比特的大多数量子计算系统中。它可以引起各种相关的和非局部的串扰误差,这对于容错量子纠错尤其有害,容错量子纠错通常依赖于局部的和相对可预测的误差。减轻串扰误差需要理解、建模和检测它们。在本文中,我们介绍了一个全面的框架串扰错误和协议,用于检测和定位它们。我们给出了一个严格的定义串扰错误,捕捉广泛的不同的物理现象,被称为“串扰”,和一个具体的模型,无串扰的量子处理器。违反该模型的误差是串扰误差。接下来,我们给出串扰误差的等效但纯操作(模型无关)定义。使用这个定义,我们构建了一个协议,用于检测在多量子位处理器中的串扰错误的一大类,通过发现观察到的实验概率之间的条件依赖关系。它是非常高效的,在这个意义上,所需的独特实验的数量与量子比特的数量最多成三次方,而且往往是二次方。我们使用2-qubit和6-qubit处理器的模拟来演示该协议。
2020-09-10 quant-ph
Cryogenic Compact Low-Power 60GHz Amplifier for Spin Qubit Control in Monolithic Silicon Quantum Processors
本文设计并实验表征了一款用于单片硅量子处理器自旋量子比特控制的低温紧凑型低功耗60GHz放大器,采用无电感有源网络,在2 K下实现15 dB增益、15 GHz带宽、2.16 mW功耗和0.18×0.19 mm²核心面积。
2024-06-17 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
Experimental Estimation of Average Fidelity of a Clifford Gate on a 7-qubit Quantum Processor
实验中的量子门固有地容易出现错误,这些错误需要在它们可以被校正之前被表征。通过量子过程层析成像进行全面表征是不切实际的,而且往往是不必要的。对于大多数实际目的,估计更一般的量(如平均保真度)就足够了。在这里,我们使用酉2-设计和旋转协议,有效地估计Clifford门的平均保真度,以证明一个7量子比特纠缠门在核磁共振量子处理器。与全过程层析成像所需的多个$10^8$实验相比,我们进行了1656次实验,以满足99%的统计置信水平。实验中Clifford门的平均保真度为55.1%,如果去除退相干引起的失真,则可提高到87.5%。整个证明Clifford门的协议是有效的和可扩展的,并且可以很容易地扩展到任何一般的量子信息处理器,只需很小的修改。
2014-11-28 quant-ph
A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors
使用两个量子比特门在远程量子处理器处控制量子比特之间的纠缠是量子计算的可扩展的模块化实现的基本功能。在众多量子位平台中,硅量子点中的自旋量子位具有大规模集成的前景以及它们的纳米加工能力。然而,连接遥远的硅量子处理器具有挑战性,因为自旋量子位中的双量子位门通常利用短程交换耦合,这仅在最近的相邻量子点之间有效。在这里,我们通过相干自旋穿梭演示了自旋量子位之间的双量子位门,这是连接远程硅量子处理器的关键技术。自旋量子位的相干穿梭使得交换耦合的有效切换具有超过1,000的开/关比,同时对于相邻点之间的单次穿梭保持99.6%的自旋相干性。通过这种穿梭模式交换控制,我们展示了一个保真度为93%的双量子比特控制相位门,通过随机基准测试进行评估。将我们的技术与量子比特在大型量子点阵列上的相位相干穿梭相结合,将为远程硅量子处理器之间的量子链路提供可行的路径,这是大规模量子计算的关键要求。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Schemes of implementation in NMR of quantum processors and Deutsch-Jozsa algorithm by using virtual spin representation
在虚自旋表象下,给出了量子计算机中两个主要量子比特处理器的实验实现方案和Deutsch-Jozsa算法。结果适用于每四个量子态,如果使用量子比特编码虚拟自旋表示,则允许量子处理器实现所需的属性。本文详细地讨论了核自旋为3/2的四维希尔伯特空间
2002-06-17 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
Algorithms for Embedding Quantum-Dot Cellular Automata Networks onto a Quantum Annealing Processor
基于量子比特网络的计算的进步,特别是由D-Wave系统公司开发的通量量子比特处理器架构,已经使量子点元胞自动机(QCA)网络的物理模拟超越了经典方法的限制。然而,QCA网络嵌入到可用的处理器架构是一个关键的挑战,在准备这样的模拟。在这项工作中,两种方法来嵌入QCA电路的特点:一个密集的布局算法,使用的路由方法的基础上协商拥塞;和一个启发式的方法,在D-波的求解器API包实现。一组基准QCA网络被用来验证算法和随机电路发生器被用来调查不同的处理器大小和活性通量量子比特产量的性能。
2017-09-14 quant-ph
Measurement-induced state transitions in multi-qubit transmon processors
Quantum Algorithms and Applications Collaboratory, Sandia National Laboratories(桑迪亚国家实验室量子算法与应用协作组);Institut Quantique and Département de Physique, Université de Sherbrooke(舍布鲁克大学量子研究所与物理系)
本文研究了电路QED中多量子比特芯片环境下,测量诱导态跃迁(MIST)对transmon量子比特的影响,提出了通用表征方法,并揭示了旁观者量子比特和耦合器对MIST阈值的调制作用。
2026-06-03 quant-ph