28nm Fully-Depleted SOI Technology: Cryogenic Control Electronics for Quantum Computing
本文首次对 28nm FDSOI CMOS 技术进行低温表征，证明其在液氦温度下仍保持优异的体偏置可控性、更高驱动电流和低至 7mV/dec 的亚阈值摆幅，为量子计算低温低功耗控制电子器件提供了可行方案。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Transport characterization and quantum dot coupling in commercial 22FDX
为推进硅自旋量子比特制造工业化，研究团队对格芯22FDX平台的6种参考工艺开展系统研究，筛选出可双向耦合量子点的器件，结合模拟提出优化方向，验证了预筛选协议与正向体偏压的价值。
2025-01-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cryo-CMOS Band-gap Reference Circuits for Quantum Computing
大规模量子计算机的控制接口可能需要电子子系统在极低温下靠近量子位运行。在这里，我们报告的自定义低温CMOS带隙基准电路的低温性能，旨在提供稳定的电压和电流的片上，独立于本地温度波动。我们的电路是在0.35微米硅锗（SiGe）BiCMOS和28纳米全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）CMOS工艺制造的，我们比较每一个的性能。除了作为低功耗基准电压源的特定应用外，这些电路还是开发设计方法的理想测试工具，可减轻低温对电路性能的不利影响。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
An Integrated Deep-Cryogenic Temperature Sensor in CMOS Technology for Quantum Computing Applications
提出一种基于超导薄膜临界电流温度依赖性的亚1 K CMOS温度传感器，采用22纳米FDSOI技术，功耗1.5 uW，在低至15 mK环境温度下实现亚10 mK分辨率，用于量子计算应用中的片上深低温测温。
2025-01-07 quant-ph
Superconducting Qubits: Current State of Play
超导量子比特是建造量子计算机的主要候选者，量子计算机能够实现现代超级计算机无法实现的计算。超导量子位模态已被用于演示“噪声中间尺度量子”（NISQ）技术时代的原型算法，其中未纠错的量子位被用于实现量子模拟和量子算法。随着最近多个高保真双量子比特门的演示以及可扩展超导量子比特系统中逻辑量子比特的操作，这种模式也有望实现构建更大规模纠错量子计算机的长期目标。在这篇简短的综述中，我们讨论了量子比特硬件、门实现、读出能力、早期NISQ算法实现和使用超导量子比特的量子纠错的几个最新实验进展。虽然在这项技术的许多方面继续工作肯定是必要的，但在过去几年中，概念和技术进步的步伐令人印象深刻，我们希望在这里传达这一进展所带来的兴奋。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Towards hole-spin qubits in Si pMOSFETs within a planar CMOS foundry technology
半导体量子点中的空穴自旋代表了实现电控量子比特的可行途径。特别是，基于Si pMOSFET的量子位实现在与控制电子器件的集成和长期可扩展性方面提供了巨大的潜力。此外，这些器件的未来缩小可能会提高这种单片集成电路的经典（控制）和量子组件的性能。在这里，我们使用多尺度的方法来模拟一个缩小的硅沟道pMOSFET，其结构是基于商业的22纳米全耗尽绝缘体上硅器件的空穴自旋量子比特。我们的计算表明，形成良好定义的孔量子点内的Si通道，和一般的电气控制的可能性，与拉比频率的顺序为100 MHz的现实场值。我们的计算证明了通道纵横比的关键作用，以及量子比特操纵的有利参数范围的存在。
2021-06-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulation of Two-qubit Gate Variability and Fidelity of Spin Qubits Built on Nanosheet Technology
San Jose State University（圣何塞州立大学）
使用QTCAD模拟套件研究基于纳米片技术的硅自旋量子比特双量子点，评估工艺和偏置变化对交换能的影响，并通过主方程求解两量子比特门保真度，发现毫伏级偏置变化可将保真度降至99%以下。
2026-07-02 quant-ph
The Tyranny of Qubits - Quantum Technology's Scalability Bottleneck
在这篇文章中，我将探讨（哀叹）围绕模拟量子系统的问题，以便为量子技术设计量子设备。该程序遇到了一个自然的困难，即模拟量子系统确实需要一个适当的量子模拟器。这个问题被比作20世纪60年代计算机工程师面临的“数字暴政”。
2017-03-15 quant-ph
Surveying optically addressable spin qubits for quantum information and sensing technology
Imperial College London（帝国理工学院）
本文综述了可光调控的自旋量子比特，分析了其在量子信息与传感技术中的应用潜力及材料特性对量子比特寿命的影响。
2026-01-10 quant-ph
A flexible design platform for Si/SiGe exchange-only qubits with low disorder
基于自旋的硅量子点是用于量子信息处理的在相干时间、控制和工程方面有吸引力的量子比特技术。在这里，我们提出了一个只交换硅量子位器件平台，结合了CMOS类晶圆处理的吞吐量与直写光刻的多功能性。该技术，我们硬币“SLEDGE”，特点是点状栅极，同时在一个地形平面上图案化，随后通过过孔连接到互连金属线。该工艺设计实现了非平凡的布局以及栅极尺寸、材料选择和附加器件特征（例如用于rf量子位控制）的灵活性。我们表明，SLEDGE过程中减少了静电无序与传统的重叠栅极器件与剥离金属化，我们目前的自旋相干交换振荡和单量子位盲随机基准数据。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Realizing flexible two-qubit controlled phase gate with a hybrid solid-state system
提出了一种实现灵活的双量子比特控制相位门的理论方案。利用传输线谐振器诱导金刚石中的氮空位与超导量子比特之间的耦合。N-V中心作为控制量子位，超导量子位作为目标量子位。通过调节外磁通，我们获得了随机超导量子比特与传输线谐振器之间理想的耦合。此外，我们的协议可以通过目前的实验技术来实现。
2011-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vacuum-gap transmon qubits realized using flip-chip technology
基于倒装芯片技术构建大规模超导量子处理器取得重大进展。在这项工作中，我们使用倒装芯片技术来实现一个修改的transmon量子比特，捐赠的“flipmon”，其大的并联电容器被替换为真空间隙平行板电容。为了进一步减少量子位的足迹，我们将一个量子位焊盘和一个单一的约瑟夫森结放在底部芯片上，另一个焊盘放在顶部芯片上，顶部芯片通过铟凸块与单一的约瑟夫森结电连接。当真空间隙约为5微米时，空气中的电场参与率可以达到近53%，从而潜在地导致较低的介电损耗。的翻转激元的相干时间测量的范围内的30-60微秒，这是与传统的transmons具有类似的制造工艺。电场模拟表明，金属-空气界面的参与率显著增加，并可能主导量子比特的退相干。这表明需要考虑更仔细的表面处理。没有证据表明，铟凸点内的翻转激元引起显着的退相干。通过精心设计的几何形状和良好的表面处理，可以进一步提高脚蹼的连贯性。
2021-06-01 quant-ph
A Quantum Network of Silicon Qubits using Mid-Infrared Graphene Plasmons
我们考虑一个量子网络的中红外，石墨烯等离子体耦合到氢类激发态的V族施主在硅。首先，我们展示了如何使用等离子体增强的光-物质相互作用，通过光激发和电检测发射的等离子体来实现供体量子比特的单次自旋读出。然后，我们展示了如何在高迁移率石墨烯纳米带的等离子体激元可以用来实现高保真度，两个量子比特门和纠缠的远Si施主量子比特。所提出的器件容易与现有技术和制造方法兼容。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-qubit gates and measurements in the surface acoustic wave quantum computer
在表面声波量子计算机中，捕获在移动的量子点中的电子的自旋状态包括该方案的物理量子位。通过详细的分析和数值模拟的量子位动力学，我们讨论了激发到更高能量的量子点的轨道状态时，量子位通过磁场发生的影响。我们描述了如何单量子比特量子操作，如单量子比特旋转和单量子比特测量，可以只使用本地静态磁场。这些模型提供了有用的参数制度，以实验探索时，半导体栅极制造和纳米磁学技术的要求，在未来得到满足。
2004-06-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear Spin Engineering for Quantum Information Science
本文综述了半导体中核自旋环境对量子比特相干性的影响及工程调控策略，强调同位素组成管理是量子信息技术的关键材料挑战。
2025-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scaling silicon-based quantum computing using CMOS technology: State-of-the-art, Challenges and Perspectives
本文分析了基于CMOS技术的硅基量子计算系统的扩展前景，指出利用半导体工业专有技术制造类硅场效应晶体管量子比特，是解决通用量子计算机扩展挑战的关键契机。
2023-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Superfluid Josephson Phase Qubits
提出了一种基于自旋超流和自旋霍尔现象的宏观自旋电子量子比特。这种磁量子信息处理装置实现了超导相量子比特的自旋-超导电流模拟，并允许完全的电控制和读出。我们还表明，相互作用的磁相位量子比特阵列可以实现量子退火。这些器件可以通过标准的固态制造技术构建，从而实现可扩展性。然而，操作温度的上限原则上可以高于超导对应物，因为它最终由磁有序温度控制，磁有序温度可以比常规超导装置的临界温度高得多。
2017-04-10 cond-mat.mes-hall 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
Charge qubit in van der Waals heterostructures
利用门控VDW异质结构中电子态的空间量子叠加作为电荷量子比特。我们用严格的从头计算理论上证明了ZrSe $_2$ /SnSe $_2$ vdW异质结的概念。在所提出的方案中，量子态通过施加垂直电场来制备，通过短场脉冲来操纵，并且通过电流来测量。量子位是坚固的，在高温下运行，并与当前的2D技术兼容。这些结果为量子比特的物理实现领域开辟了新的途径。
2019-04-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing the Yield of Bucket Brigade Quantum Random Access Memory using Redundancy Repair
Department of AI Convergence, Pukyong National University（釜山国立大学人工智能融合学院）
本文提出一种利用冗余量子比特提升qRAM产量的新型内存架构，通过减少制造误差带来的影响，显著提高量子计算系统的性能。
2025-12-17 quant-ph
Rent's rule and extensibility in quantum computing
量子计算正处于从基础研究向实际应用过渡的边缘。然而，为了向大规模量子计算迈出一步，必须开发一个可扩展的量子比特系统。在经典的半导体技术中，集成电路的发明使这成为可能，集成电路允许互连大量组件，而无需焊接到每个组件。同样，我们预计，随着量子比特数量的增加，互连和控制线的规模将成为创造大规模量子技术的核心瓶颈。在这里，我们定义了量子租金指数$p$，以量化在整个量子计算堆栈的不同级别上克服这一挑战的进展。我们进一步讨论了量子可扩展性的概念，作为一个平台的潜力，以达到通用量子计算所需的大量子体积的指标，并审查可扩展性的限制所面临的不同的量子位实现的方式，真正的大规模量子位系统。
2018-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conditional dispersive readout of a CMOS quantum dot via an integrated transistor circuit
量子计算机需要与经典电子学的接口，以实现有效的量子位控制、测量和快速数据处理。使用相同的技术制造量子位和经典控制层是有吸引力的，因为它将促进集成过程，提高反馈速度，并为布线和布局挑战提供潜在的解决方案。使用互补金属氧化物晶体管（CMOS）工艺将经典和量子器件单片集成，使处理器能够从制造大规模电路的最成熟工业技术中获益。在这里，我们展示了一个单电子电荷存储CMOS量子点与CMOS晶体管的集成，用于通过基于栅极的色散感测使用集总元件$LC$谐振器的读出控制。控制场效应晶体管（FET）和量子点采用全耗尽绝缘体上硅技术制作在同一芯片上。当控制场效应管使能量子点读出时，我们得到了$δq=165\, μe \mathrm{Hz}^{-1/2}$的电荷灵敏度。此外，当在毫开尔文温度下将单电子电荷存储在量子点上时，我们观察到一秒量级的单电子保留时间。这些结果表明，在CMOS技术中，基于门的色散量子比特读出的基于时间的多路复用迈出了第一步，为全硅量子经典处理器的开发开辟了道路。
2017-08-14 cond-mat.mes-hall 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
Simulating topological tensor networks with Majorana qubits
实现物质的拓扑量子相是凝聚态物理和量子信息科学面临的一个关键挑战。在这项工作中，我们证明了在这个方向上的进展，可以通过结合张量网络理论与马约拉纳设备技术的概念。以拓扑双半子弦网相位为例，利用张量网络对拓扑相位的表示比格点哈密顿量对拓扑相位的描述要简单得多的事实.定义张量网络的构建块被定制为通过电容耦合的马约拉纳束缚态的简单单元来实现。在考虑的情况下，这产生了一个非常简单的合成双半离子弦网的蓝图，人们可能会乐观地认为，所需的设备技术将很快可用。我们的研究结果表明，通过介观量子器件实现张量网络结构开辟了一个强大的新途径，实现和量子模拟的合成拓扑量子物质。
2019-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Extending the coherence time of spin defects in hBN enables advanced qubit control and quantum sensing
六方氮化硼（hBN）中的自旋缺陷吸引了越来越多的量子技术的兴趣，因为它们代表了范德华材料中的光学可寻址量子位。特别地，hBN中的带负电荷的硼空位中心（${V_B}^-$）已经显示出作为温度、压力和静态磁场的传感器的前景。然而，这种缺陷的短自旋相干时间目前限制了它在量子技术中的应用范围。在这里，我们采用动态解耦技术来抑制磁噪声，并延长自旋相干时间近两个数量级，接近基本的$T_1$弛豫极限。基于这一改进，我们展示了先进的自旋控制和一组量子传感协议，以检测在MHz范围内的电磁信号与亚Hz分辨率。这项工作为利用可剥离材料中的自旋缺陷进行纳米级传感奠定了基础，并为集成到超薄结构中的量子传感器和量子网络开辟了一条有前途的道路。
2022-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermodynamic Effects of Single-Qubit Operations in Silicon-Based Quantum Computing
硅基量子逻辑是实现通用量子计算的一种很有前途的技术。人们普遍认为，需要一个毫开尔文的低温环境来容纳硅基量子比特。由于制冷系统的冷却能力有限，这引发了该技术的最终可扩展性的问题。在这项工作中，我们回答了这个问题，通过研究能量耗散由于核自旋杂质和量子比特控制脉冲之间的相互作用。我们证明，这种相互作用限制了可持续的数量单量子位操作每秒给定的冷却能力。我们的研究结果表明，在热能耗散成为问题之前，最先进的稀释制冷机原则上可以容纳数百万量子比特的操作。
2017-04-18 cond-mat.other quant-ph
Highly uniform first-electron position in qubit arrays fabricated on dedicated QSOI(R) 300mm commercial platform
Quobly；STMicroelectronics（意法半导体）
该研究开发了与300mm CMOS兼容的QSOI(R)技术，显著降低器件变异性，实现69%产率检测第一电子，位置离散度±35 mV，为可扩展量子计算提供有前景平台。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring the decoherence rate in a semiconductor charge qubit
本文描述了一种测量固态量子比特退相干时间的方法。量子位被编码在与半导体主体中的一对施主杂质结合的单个电子的轨道自由度中。量子位通过动态改变外部电场来操纵。我们表明，通过测量作为控制场参数的函数的成功量子比特旋转的总概率，可以确定退相干率。我们估计了各种系统参数，包括由于电磁涨落和声学声子的退相干率。我们发现，对于合理的物理参数，实验是可能的与现有的技术。特别是，绝热控制场的使用意味着实验可以用控制电子设备进行，时间分辨率为几十纳秒。
2003-02-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Silicon CMOS architecture for a spin-based quantum computer
用于容错量子计算的量子纠错（QEC）码\cite{Terhal2015}和在广泛的平台\cite{Kok2007, Brown2011, Barends2014, Waldherr2014, Dolde2014, Muhonen2014, Veldhorst2014}中高保真量子比特的物理实现的最新进展为基于数百万个相互作用的量子比特的量子计算机的构建提供了希望。然而，经典量子界面仍然是一个新兴的探索领域。在这里，我们提出了一种完全基于互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的硅基量子计算机处理器架构，这是所有现代处理器芯片的基础。我们展示了一个基于晶体管的控制电路和电荷存储电极如何用于操作一个密集的、可扩展的二维量子比特系统。量子位由限制在量子点中的单个电子的自旋状态定义，通过交换相互作用耦合，使用微波腔控制，并通过基于门的色散读出\cite{Colless2013}测量。该系统完全基于现有技术和现有组件，与通用表面码量子纠错\cite{Terhal2015}兼容，实现了大规模通用量子计算。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simple quantum feedback of a solid-state qubit
我们提出了一个关于固态量子比特的量子反馈控制的实验，这几乎是当今技术所能达到的。与之前的提议类似，反馈回路用于在任意长的时间内保持量子位的相干（拉比）振荡;然而，这是以一种非常简单的方式完成的，这需要更小的控制电路带宽。其主要思想是使用有噪声的检测器电流的正交分量来近似地监测量子比特振荡的相位。简单的代价是不太理想的操作：保真度被限制在95%左右。反馈回路操作可以通过检测器电流相对于用于同步的外部振荡信号的正同相分量的出现来实验验证。
2004-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental realization of 105-qubit random access quantum memory
随机存取存储器是经典信息技术不可或缺的设备。与此类似，对于量子信息技术，期望具有随机存取量子存储器，该随机存取量子存储器具有许多存储器单元和对每个单元的可编程存取。我们报告了一个实验，该实验实现了宏观原子系综中210个存储单元携带的105个量子比特的随机存取量子存储器。我们展示了存储的光学量子位到这些存储器单元和他们的读出在可编程的时间由任意顺序的结晶度超过任何经典的界限。实验实现了多存储单元的随机存取量子存储器，并对其写入和读出进行了可编程控制，为量子存储器在量子通信、网络和计算等领域的应用迈出了重要的一步。
2019-04-23 quant-ph
Selective spin coupling through a single exciton
我们提出了一种新的方案，通过离域的单激子态，通过点间Foerster相互作用形成的相邻半导体量子点中的两个自旋量子比特之间的条件相位门。我们考虑两个共振量子点，每个量子点包含一个多余的导带电子，其自旋体现了量子位。我们证明了两个量子比特的门，和任意的单量子比特旋转，可以实现与当前的半导体和激光技术的高保真度。
2004-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unconditional quantum teleportation between distant solid-state qubits
实现长寿命量子比特寄存器之间稳健的量子信息传输是量子信息科学与技术的关键挑战。在这里，我们展示了任意量子态之间的无条件隐形传态钻石自旋量子比特间隔3米。我们通过两个遥远的电子自旋之间的光子介导的预示纠缠来制备传送器，随后将源量子比特编码为单个核自旋。通过实现一个完全确定性的贝尔状态测量结合实时前馈，我们实现了隐形传态在每次尝试，同时获得超过经典极限的平均状态保真度。这些结果确立了金刚石自旋量子比特作为实现量子通信和基于网络的量子计算的量子网络的主要候选者。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum State Discrimination Enhanced by FPGA-Based AI Engine Technology
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；System View Inc（System View 公司）
本文提出一种基于FPGA的AI引擎技术的实时量子态鉴别系统，利用多层神经网络实现高精度的量子态鉴别和多量子比特中间电路测量。
2026-01-13 cs.ET quant-ph
A CMOS silicon spin qubit
硅是微处理器芯片的主要组成部分，正成为实现未来量子处理器的一种有前途的材料。利用其成熟的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术将是开发可扩展量子计算架构及其与经典控制硬件协同集成的明显资产。在这里，我们报告了一个硅量子位（量子位）设备与行业标准的制造工艺。该器件由一个双栅，p型晶体管与未掺杂的沟道。在低温下，第一栅极限定编码空穴自旋量子位的量子点（QD），第二栅极限定用于量子位读出的QD。自旋量子位的所有电双轴控制是通过对第一门施加相位可调微波调制来实现的。我们的研究结果开辟了一条可行的途径，通过一个易于开发的CMOS平台量子位放大。
2016-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonant single-shot CNOT in remote double quantum dot spin qubits
实现可扩展量子处理器的一个关键因素是节点之间的非局部耦合。扩展最近邻交互之外的连接性需要实现通常称为“量子总线”的中介交互。腔光子长期以来一直被超导量子比特社区用作总线，但直到最近才证明，双量子点架构中的基于自旋的量子比特可以达到强耦合状态，并通过实光子或虚光子的交换表现出自旋-自旋相互作用。双量子位门操作中的色散制度，腔损耗起着不太突出的作用进行了预测。在这项工作中，我们提出了一个框架，交流驱动的量子门，在一个CNOT操作的上下文中，两个非本地单自旋量子比特色散耦合到一个共同模式的超导谐振器。我们预计门控时间接近150 ns，并且在现有技术下的重复率超过90%。
2022-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information density scaling and qubit operation time constraints of CMOS silicon based quantum computer architectures
即使是Fe $_2$ S $_2$等简单分子的量子模拟也需要10个以上的$^6$量子比特。为了评估这种数百万规模的相同量子位和控制线，硅平台似乎是最有代表性的路线之一，因为它提供了纳米级，串行和工业质量制造的能力。每单位表面的最大量子信息量以及由此产生的对量子比特操作的空间约束是实现Si量子比特容错量子信息处理（QIP）的关键参数。对于紧凑的仅交换Si双量子点量子位架构，这种量子信息的最大密度表示为CMOS技术节点的函数。通过审查物理和技术约束，评估优化物理量子比特操作时间和量子纠错（QEC）要求的尺寸尺度。我们确定Si-CMOS量子处理器的工作频率范围在1到100 GHz之间，这将其可行性限制在最先进的节点上。与经典的控制电路的兼容性进行了讨论，重点放在低温CMOS操作，使经典的控制器尽可能接近量子处理器，并使成千上万的量子位接口在同一芯片上。低温控制电子学的操作时间范围被认为是与量子位操作时间兼容的。通过结合技术发展的预测与操作时间和经典电路的限制，我们推导出的最大量子信息密度为2.8和4 Mqb/cm $^2$分别为10纳米和7纳米技术节点的Steane码的逻辑量子比特。对于表面码和级联码，密度分别小一个和两个数量级。这些值为Si基容错QIP的开发提供了基准。
2017-04-20 quant-ph
Using ZDDs in the Mapping of Quantum Circuits
量子编译的关键步骤是将技术无关的量子线路转换为目标设备的技术相关形式。除了将量子门映射到支持的门集合之外，还需要将技术无关电路中的伪量子位映射到技术相关电路的物理量子位，使得满足作用于多量子位门中的量子位之间的耦合约束。如果不在电路中加入交换门，通常不可能找到这样的映射。为了应对NISQ时代量子器件的技术限制，找到一种需要尽可能少的额外门的映射是有利的。可能的映射的大搜索空间使这个任务成为一个困难的组合优化问题。在这项工作中，我们演示了零抑制决策图（ZDD）可以用于量子映射算法中的典型实现任务。我们展示了如何最大限度地分区的量子线路成块的相邻门，如果电路内的相邻门不共享共同的映射排列，我们试图将它们结合起来使用并行化的交换操作表示在ZDD。分区的边界形成在相邻栅极不能组合的地方。在每个分区块内，ZDD表示伪量子位到物理量子位的所有可能映射。
2020-05-01 cs.ET quant-ph
Silicon quantum processor with robust long-distance qubit couplings
实用的量子计算机需要构建一个由高度相干的量子比特组成的大型网络，这些量子比特在设计上相互连接，对错误具有鲁棒性。硅中的施主自旋提供了最先进的相干性和量子门相干性，在一个物理平台上，从工业半导体处理。在这里，我们提出了一种可扩展的硅量子处理器设计，不需要精确的施主位置，并允许数百纳米的量子位间距，因此便于使用当前技术制造。所有的量子位操作都是通过电子手段在磷供体的电子核自旋态上进行的。单量子比特门在微波频率下使用低功率电驱动，而快速双量子比特门利用电偶极-偶极相互作用。微波谐振器允许毫米距离的纠缠和与光子链路的接口。甜蜜点保护量子位免受高达二阶的电荷噪声的影响，这意味着即使没有任何主动噪声消除技术，也可以在低于量子纠错阈值的错误率下执行所有操作。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Readout in a 22 nm Node Integrated Circuit
London Centre for Nanotechnology, UCL（伦敦纳米技术中心，伦敦大学学院）；Imperial College London（帝国理工学院）
该研究在 22 nm 全耗尽绝缘体上硅集成电路中实现可寻址量子点的单次自旋读出，验证了超过 90% 的可见度与单元胞可重复性。
2025-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Weak measurement of quantum dot spin qubits
发展了量子点自旋量子比特的弱量子测量理论。基于最近的实验，我们提出了一个控制周期来准备，操纵，弱测量，并执行量子态断层扫描。这是使用电子自旋共振、自旋阻塞和库仑阻塞的物理学的组合来实现的，从而导致电荷传输过程。我们调查周围的核自旋环境的影响，并找到一个制度，这种环境显着简化了弱测量过程的动力学，使这个理论的建议与现有的实验技术现实。我们进一步考虑自旋回波重聚焦，以打击退相，以及讨论实现“量子undomilation”，从而撤销的影响，量子态扰动。
2007-06-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cryogenic High-Frequency Readout and Control Platform for Spin Qubits
我们已经开发了一个用于自旋量子比特控制和读出的低温平台，该平台包括基于一组耦合印刷电路板的高密度直流和射频样品互连。模块化设置包括24条滤波直流线路、14条控制和读出线路，带宽从直流到6 GHz以上，以及2条微波连接，用于40 GHz的激励。我们报告了该平台的性能，包括信号完整性和串扰测量，并讨论了构建多量子位器件所需的样本互连技术的设计标准。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
3D-Integrated Superconducting qubits: CMOS-Compatible, Wafer-Scale Processing for Flip-Chip Architectures
本文开发了CMOS兼容的3D集成超导量子比特，采用倒装芯片键合和200毫米晶圆加工，实现高良率激发和15微秒的弛豫时间。
2025-05-23 quant-ph
Scalable quantum computing with Josephson charge qubits
量子信息技术的目标是控制系统的量子态，包括其制备、操纵和测量。然而，许多量子位的可扩展性和任何选定量子位之间的受控连接性是实现量子计算（QC）的两个主要绊脚石。在这里，我们提出了一种实验方法，使用约瑟夫森电荷量子比特，有效地解决这两个核心问题。所提出的QC架构是可扩展的，因为任何两个电荷量子位可以通过实验可访问的电感有效地耦合。更重要的是，我们制定了一个有效的和可实现的QC计划，只需要一个（而不是两个或更多）的两位操作来实现条件门。
2003-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Longitudinal spin relaxation model applied to point defect qubit systems
半导体中可控的、部分隔离的少能级系统由于其广泛的纳米级传感和量子技术应用，最近获得了多学科的关注。定量模拟此类系统的动力学和相关应用是一项具有挑战性的理论任务，不仅需要忠实地描述少数几个层次的系统，而且还需要他们的本地环境。在这里，我们开发了一种方法，可以描述相关的松弛过程引起的稀释浴的核和电子自旋。该方法利用了一个扩展的林德布拉德方程的框架内集团近似的中心自旋系统。我们证明了所提出的方法可以准确地描述一个典型的固态点缺陷量子比特系统的T $_1$时间，特别是在金刚石中的NV中心，在不同的磁场和应变。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum annealing with capacitive-shunted flux qubits
量子退火（QA）为我们提供了一种解决组合优化问题的方法。在之前的QA演示中，使用了超导通量量子位（FQ）。然而，这些演示中的通量量子比特具有短的相干时间，例如数十纳秒。为了利用量子特性，有必要使用具有更好相干时间的另一个量子比特。在这里，我们建议使用电容分流磁通量子比特（CSFQ）的QA的实施。CSFQ具有比QA中使用的FQ好几个数量级的相干时间。我们从理论上表明，虽然它是很难执行传统的QA与CSFQ由于CSFQ之间的相互作用的形式和强度，一个自旋锁为基础的QA可以实现与CSFQ，即使与当前的技术。我们的研究结果铺平了道路的实际QA，利用长寿命量子位的量子优势的实现。
2020-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Integration of Cobalt Ferromagnetic Control Gates for Electrical and Magnetic Manipulation of Semiconductor Quantum Dots
Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab), IEM EPFL, 1015 Lausanne, Switzerland（洛桑联邦理工学院电气工程学院纳米电子器件实验室）；Interdisciplinary Center for Electron Microscopy, EPFL, 1015 Lausanne, Switzerland（洛桑联邦理工学院跨学科电子显微镜中心）；Hybrid Quantum Circuits Laboratory (HQC Lab), IPHYS EPFL, 1015 Lausanne, Switzerland（洛桑联邦理工学院物理研究所混合量子电路实验室）
本文提出了一种利用钴铁磁控制门集成多栅 FD-SOI 纳米线，实现半导体量子点的电和磁操控，展示了其在量子计算中的应用潜力。
2025-01-10 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Few-qubit quantum-classical simulation of strongly correlated lattice fermions
我们研究了最近提出的强关联费米子模型在热力学极限的混合量子经典模拟的原理证明的例子。在“两点”动力学平均场论（DMFT）方法中，我们将哈伯德模型简化为一个满足自洽条件的有效杂质模型。由此产生的非线性混合设置的最小两个站点表示涉及实现杂质问题的四个量子位，加上执行所有测量的辅助量子位。我们概述了一个可能的实现与超导电路可行的不久的将来的技术。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Frequency Hopping in Quantum Interferometry: Efficient Up-Down Conversion for Qubits and Ebits
一种新型的单光子马赫-曾德尔干涉仪实现了光量子叠加态的非线性频率转换。实验证明了输入量子比特和ebits的相关酉变换的信息保持特性。新方案除了具有其固有的基本利益外，在现代量子信息技术中也有重要的应用。
2002-01-25 quant-ph
Universal quantum computing with superconducting charge qubits
超导量子线路是构建量子计算机的一种很有前途的系统。利用该系统实现了普适量子计算，包括初态的制备、单量子比特操作、任意量子比特之间的双量子比特普适门操作、多对双量子比特门并行操作、一组量子比特上的并行耦合操作、多组量子比特上的并行耦合操作并行地对多对和多组量子比特进行耦合操作。在现有技术范围内，通用量子计算机由50多个量子位组成，允许通过设计实现操作。
2018-09-05 quant-ph
Is all-electrical silicon quantum computing feasible in the long term?
第一代商用量子计算机的发展分别基于量子比特和囚禁离子。其他技术，如半导体量子点、中性离子和光子，原则上可以提供一种替代办法，在中期内取得类似的结果。从长远来看，为了创建通用量子计算机，评估其中一个或多个是否可能更有效地解决数百万量子比特的可扩展性是相关的。介绍了一种全电硅自旋量子比特，即双量子点混合量子比特，这种量子技术一方面依赖于坚实的理论基础，另一方面依赖于现有硅供应链的纳米级器件的大规模制造技术。
2020-02-25 quant-ph
Integrated Photonic Platforms for Quantum Technology: A Review
本文综述了用于量子信息处理的各类集成光子平台，分析不同材料平台的现状，并探讨实现通用量子器件所需材料的前景。
2022-06-30 quant-ph
Simulating spin systems with Majorana networks
随着超导-超导混合结构中Majorana准粒子的发现，拓扑保护量子比特成为量子信息处理的有力竞争者。虽然构建具有拓扑保护的通用量子计算机可能需要材料科学的重大进展，但中等规模的设备几乎在当前技术的范围内。作为拓扑量子比特的近期里程碑，我们提出了一个拓扑超导体网络作为各种量子自旋系统的模拟器，包括那些挫折。我们的建议是建立在现有技术的基础上，结合了半导体和超导量子比特的优势。我们确定本地的测量协议，提供有关地面和激发态以及动态相关性的信息。量子比特的拓扑保护导致更长的相干时间，并且可以通过将网络耦合到外部浴来控制到基态的弛豫。最后，我们指出量子模拟器的具体应用，例如，自旋液体、量子临界性和热化。
2018-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Entangling homogeneously broadened matter qubits in the weak-coupling cavity-QED regime
在分布式量子信息处理中，飞行的光子会纠缠被限制在腔体中的物质量子比特。然而，当物质量子比特被均匀加宽时，腔QED通常需要强耦合机制，这在实际的实验装置中很难实现。在这里，我们表明，高保真纠缠操作是可能的，即使在弱耦合制度，其中阻尼（退相，自发发射，和腔泄漏）压倒量子比特和腔之间的相干耦合。我们的建议使得分布式量子信息处理能够使用比以前要求低得多的技术来执行。
2012-05-01 quant-ph
