Active Leakage Cancellation in Single Qubit Gates
本文提出在单量子比特门中引入靠近泄漏跃迁的第二驱动音调以主动抵消主驱动泄漏，并给出参数校准测量序列，在超导 transmon 量子比特上将泄漏降至 10⁻⁵ 以下。
2025-09-26 quant-ph
High-fidelity controlled-Z gate with maximal intermediate leakage operating at the speed limit in a superconducting quantum processor
介绍了一种通过控制基带传输频率来实现受控$Z$（CZ）门的净零方案的突变（SNZ）。SNZ CZ门通过最大化中间泄漏在计算状态和非计算状态之间的横向耦合的速度极限下操作。SNZ的主要优点是调谐简单，这是由于作为两个控制参数的函数的条件相位和泄漏的规则结构。我们在一个多传输处理器中实现了SNZ CZ门，实现了$99.93\pm0.24\%$保真度和$0.10\pm0.02\%$泄漏。SNZ与用于量子纠错的可缩放方案兼容，并且适用于在中等规模应用中有用的广义条件相位门。
2020-08-17 quant-ph
Benchmarking of universal qutrit gates
针对qutrit系统研究需求，该研究提出基于超二面体群的通用qutrit门集合表征方案，其T门基准测试资源需求与现有Clifford随机基准测试相近，结合后可实现通用qutrit门集的完整表征。
2024-01-29 quant-ph
Benchmarking non-Clifford gates using only Pauli twirling group
Tsinghua University（清华大学）
本文提出了一种基于Pauli转移特征的基准测试方法，用于高效评估非Clifford门的保真度，通过局部Pauli操作估计量子通道的Pauli转移矩阵元素。
2025-10-17 quant-ph
Leakage reduction in fast superconducting qubit gates via optimal control
要达到高速、高保真的量子比特操作，需要对底层脉冲的形状进行精确控制。对于弱非谐系统，例如超导transmon量子比特，短门导致泄漏到计算子空间之外的状态。利用开环最优控制设计的控制脉冲可以减少这种泄漏。然而，模型的不准确性会严重限制这种脉冲的可用性。我们实现了一个闭环优化，同时适应所有的控制参数的基础上建立的克利福德门的成本函数的测量。通过用与控制硬件的能力相匹配的分段常数表示来参数化脉冲，我们创建了具有$99.76\,\%$保真度和$0.044\,\%$泄漏的$4.16~\rm{ns}$单量子比特脉冲。这是我们在相同系统上以如此短的持续时间校准的最佳DRAG脉冲的泄漏率的七倍减少。
2020-03-12 quant-ph
Characterizing Universal Gate Sets via Dihedral Benchmarking
提出一种二面体基准测试协议，通过放宽酉2-设计条件来表征非Clifford门的错误率，结合现有方案实现了独立于态制备和测量错误的通用门集表征，并支持对T门的直接基准测试。
2025-08-13 quant-ph
Leakage Suppression for Holonomic Quantum Gates
循环量子演化中获得的非阿贝尔几何相位可以作为构造用于量子信息处理的鲁棒完整性门的自然资源。最近，可扩展完整量子计算（HQC）被提出并在最近的超导实验中得到了验证[T。Yan等人，物理修订版信函122，080501（2019）]。然而，对于弱非谐系统，由于泄漏到计算子空间之外的状态，该HQC具有低门保真度。本文提出了一种利用三能级超导量子系统的共振相互作用，利用动力学不变量构造非绝热完整门的方案。此外，所提出的方案可以兼容最佳控制技术，以最大限度地提高门保真度对泄漏误差。为了进行基准测试，我们在实验条件下对我们的方案的性能进行了全面的分析，结果表明，与传统的HQC相比，门误差可以减少91.7%。此外，通过数值计算选择合适的控制参数，可以将泄漏率降低到$10^{-3}$水平。因此，我们的方案为弱非谐固态系统中的容错量子计算提供了一条很有前途的途径。
2020-07-16 quant-ph
Scalable fast benchmarking for individual quantum gates with local twirling
随着可控量子系统的发展，快速、实用的多量子比特门表征对于构建高保真量子计算器件至关重要。通过随机基准测试来满足这一要求的通常方法需要复杂地实现许多多量子位旋转门。如何有效可靠地估计量子过程的保真度仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中，我们提出了一个字符周期基准测试协议和字符平均基准测试协议，只使用本地旋转门来估计单个多量子比特操作的过程保真度。我们的协议可以通过局域规范变换来刻画包括和超出Clifford群的一大类量子门，从而形成了量子计算的通用门集。我们数值演示了非Clifford门-控制- $(TX)$和Clifford门-五量子比特量子纠错编码电路的协议。数值结果表明，我们的协议可以有效地和可靠地表征门工艺的并行性。仿真结果表明，与交叉熵基准测试相比，特征平均基准测试在采样复杂度方面实现了三个数量级的改进。
2023-02-09 quant-ph
From randomized benchmarking experiments to gateset circuit fidelity: how to interpret randomized benchmarking decay parameters
随机基准测试（RB）协议已经成为一个重要的工具，提供一个有意义的部分表征实验量子操作。虽然已知RB衰减率能够估计门独立马尔可夫噪声下这些操作的平均保真度，但在门相关噪声下，该速率更难以严格解释。在本文中，我们证明了单量子比特RB衰变参数$p$与门集电路保真度的衰变参数一致，这是一种新的品质因数，它表征了门集操作的任意电路的预期平均保真度。我们还证明，在高保真单量子比特实验的限制下，平均门保真度和RB实验结果之间可能存在的惊人脱节可以简单地解释为门与状态准备和测量程序之间的基础失配，即标记泡利矩阵的单一自由度。基于数值证据和物理动机的参数，我们推测，这些结果也适用于更高的维度。
2018-09-10 quant-ph
Randomized benchmarking for individual quantum gates
任何技术都需要对其组件进行精确的基准测试，量子技术也不例外。随机基准测试允许来自Clifford组的量子门的平均门保真度的相对资源经济的估计，假设所有门的噪声水平相同，利用随机选择的Clifford门的合适序列。在这项工作中，我们报告了随机基准测试的重大进展，表明它可以为克利福德组以外的单个量子门，即使是不同的噪声水平，每个量子门。这是可能的，量子资源的开销很小，但以显著的经典计算成本为代价。在我们的分析的核心是一个代表性的理论框架，我们在这里开发的是接触到经典的估计技术的基础上自举和矩阵铅笔。我们展示了该计划的运作在T-门的基准张量权力的手。除了它的实际意义，我们希望这一见解是相关的，因为它突出了在高精度表征量子门时对未知噪声过程的假设的作用。
2018-12-04 quant-ph
Leakage in restless quantum gate calibration
本研究针对restless量子门校准中的泄漏问题，基于马尔可夫链建模仿真，证实该方法可耐受0.5%泄漏，且泄漏会使ORBIT代价函数灵敏度降33%，对非计算态误分类具鲁棒性，可保障校准准确性。
2023-11-09 quant-ph
Hybrid benchmarking of arbitrary quantum gates
我们提出了一个协议的交错随机基准任意量子门使用Monte Carlo抽样的量子态。它是普遍适用的，包括非Clifford门，同时保留随机基准的关键优势，如误差放大以及独立于状态准备和测量误差。这个属性对于许多当代系统中的实现是至关重要的。虽然该协议在量子位数上呈指数级扩展，但它在实验总数的数量级和经典预处理中的节省方面都优于平均门保真度的直接蒙特卡罗采样，这是指数级的。
2016-06-15 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 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
Randomized benchmarking with gate-dependent noise
我们分析了任意门相关噪声的随机基准测试，并证明了门相关噪声的确切影响可以用一个随序列长度呈指数衰减的扰动项来描述。也就是说，在一般门相关噪声下的随机基准测试的确切行为以指数方式收敛到与先前针对门无关噪声的分析所预测的形式完全相同的真指数衰减。此外，我们表明，门相关噪声的衰减参数的操作意义基本上是不变的，也就是说，我们表明，它量化的平均保真度的理想门之间的噪声。我们数值证明，我们的分析是有效的强门相关的噪声模型。我们还表明，为什么替代分析不提供严格的理由，经验的成功随机基准与门依赖噪声。
2018-01-25 quant-ph
Reducing leakage of single-qubit gates for superconducting quantum processors using analytical control pulse envelopes
针对超导量子处理器中单量子比特门因速度提升导致的泄漏误差问题，提出FAST DRAG和HD DRAG两种解析脉冲整形方法，实验证明其可显著抑制泄漏跃迁，在亚10 ns门时长下实现更低误差且无需迭代优化，同时揭示了脉冲失真的非马尔可夫误差源。
2025-04-15 quant-ph
On the robustness of the hybrid qubit computational gates through simulated randomized benchmarking protocols
构建量子处理器的主要挑战之一是表征环境噪声。噪声表征可以通过利用不同的技术来实现，例如随机化，其中将若干随机量子门序列应用于测试下的量子位以导出关于影响噪声的统计特性。一个可扩展的和强大的算法能够基准的全部克利福德门使用随机化技术被称为随机基准。在这项研究中，我们模拟了半导体全电三电子双量子点量子比特，即混合量子比特，在不同的误差模型，包括准静态高斯和更现实的1/f噪声模型下，输入控制的随机基准协议。特定量子计算门的平均误差通过在感兴趣的门之间包括Clifford门获得的交错随机基准来提取。它提供了一个估计的保真度以及理论界的平均误差的门在测试。
2020-11-03 quant-ph
Benchmarking universal quantum gates via channel spectrum
本文提出信道谱基准测试（CSB）方法，通过含噪信道特征值推断目标门的保真度等噪声性质，可对通用门和多量子比特系统进行可扩展且抗态制备与测量误差的基准测试。
2023-09-21 quant-ph
Simple analytical flux-tuned iSWAP pulses for leakage suppression
Institute for Quantum Control (PGI-8), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心量子控制研究所）；Institute for Theoretical Physics, University of Cologne（科隆大学理论物理研究所）；Institute for Functional Quantum System (PGI-13), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心功能量子系统研究所）；Department of Physics, RWTH Aachen University（亚琛工业大学物理系）
提出解析通量控制方法Φ-DRAG，通过通量调谐实现快速高保真两量子比特门，将泄漏抑制到10^{-4}以下，适用于十五纳秒级门操作。
2026-06-12 quant-ph
Characterizing Quantum Gates via Randomized Benchmarking
我们描述和扩展的可扩展的随机基准协议提出的物理。106，180504（2011），其提供了一种用于对量子门进行基准测试并估计噪声的门依赖性的方法。该协议允许噪声具有弱的时间依赖性和门依赖性，我们提供了一个充分条件，该协议的适用性方面的噪声的平均变化。我们讨论了如何考虑状态准备和测量误差，并提供了一个完整的证明协议的可扩展性。我们在特殊情况下建立了该协议提供的错误率和使用钻石范数距离测量的错误强度之间的连接。
2012-04-27 quant-ph
Scalable randomized benchmarking of non-Clifford gates
随机基准测试是一种广泛使用的实验技术，用于表征量子操作的平均误差。缩放以能够表征$n$ -量子位电路的基准测试过程依赖于用于操纵这些电路的有效过程，并且因此已经限于Clifford群的子组。然而，通用量子计算机需要额外的非Clifford门来近似任意的幺正变换。我们定义了一个可扩展的随机基准测试程序在$n$ -量子比特酉矩阵，对应于一类稳定码的保护非Clifford门。我们提出了有效的方法来表示和组成组元素，采样均匀，并合成相应的$\mathrm{poly}(n)$大小的电路。该程序提供了实验访问两个独立的参数，共同表征一组元素的平均门保真度。
2015-10-09 quant-ph
Investigating the limits of randomized benchmarking protocols
在本文中，我们分析了各种现实的错误模型，包括系统旋转，振幅阻尼，泄漏到更高的水平，和1/f噪声下的门集的随机基准测试协议的性能。我们发现，在几乎所有的情况下，基准测试提供了优于平均错误率的两个因素的估计，这表明随机基准测试协议是一个有价值的工具，用于验证和验证量子操作。此外，我们推导出新的模型保真度衰减曲线下的某些类型的非马尔可夫噪声模型，如1/f和泄漏错误。我们还表明，提供的保真度测量的标准误差是小的，只有少量的试验是需要高置信度估计门误差。
2013-08-13 quant-ph
Benchmarking a high-fidelity mixed-species entangling gate
我们在$^{43}\mathrm{Ca}^+\,$超精细量子位和$^{88}\mathrm{Sr}^+\,$塞曼量子位之间实现了一个双量子位逻辑门。对于这对离子种类，S-P光学跃迁足够接近，使得波长为$402\,\mathrm{nm}$的单个激光器可以用于驱动门，但是足够好地分离以给出良好的光谱隔离和低的光子散射误差。我们通过全随机基准测试、门集层析成像和Bell状态分析来表征门。后一种方法给出了$99.8(1)\%$的保真度，与最好的同种门的保真度相当，并且与已知的误差源一致。
2020-08-03 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
A fast, low-leakage, high-fidelity two-qubit gate for a programmable superconducting quantum computer
在transmon量子比特中实现条件相位（CZ）门的常见方法依赖于量子比特频率的通量控制，以使用快速绝热轨迹使计算状态与非计算状态相互作用，以最小化泄漏。我们开发了一种双极磁通脉冲方法，与传统的单极变体相比具有两个关键优势。首先，双极脉冲的作用对于通量控制线中的长时间尺度线性动力学失真是鲁棒的，从而促进了调谐并确保了原子的可重复性。其次，transmon哈密顿量的通量对称性使得条件相位和脉冲量子位的单量子位相位一阶对低频通量噪声不敏感，从而增加保真度。通过利用相消干涉来最小化泄漏，双极脉冲可以接近由交换耦合设置的速度限制。我们展示了一个可重复的，高保真（$99.1\%$），低泄漏（$0.1\%$），和快速（$40~\mathrm{ns}$）CZ门电路QED量子处理器。详细的数值模拟与实验结果吻合良好，表明泄漏主要是由剩余的短时间尺度的失真和保真度是有限的高频磁通噪声。
2019-03-06 quant-ph
Analytic leakage suppression with a single control field: fast two-qubit gates with tunable couplers
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学）；The University of Chicago（芝加哥大学）；Quint Computing GmbH（Quint计算有限公司）
本研究提出一种基于Magnus展开的解析脉冲整形方法，仅用单一基带控制场即可抑制可调耦合器快速两比特门中的非绝热漏泄，将iSWAP门漏泄降低三个数量级。
2026-09-18 quant-ph
Rapid optimization of working parameters of microwave-driven multi-level qubits for minimal gate leakage
提出了一种有效的方法来优化微波驱动量子逻辑门的工作参数。我们表明，通过独立地处理每对能级之间的跃迁，主要是由于不希望的状态的人口泄漏的固有门误差可以准确地估计从量子位的光谱特性，并通过选择适当的WP最小化。通过优化两个耦合rf SQUID磁通量子比特的可控非（CNOT）操作的WP，证明了该方法的有效性和效率。这种独立跃迁近似（ITA）的结果与动力学方法（DM）的结果符合得很好。此外，当量子位数n增加时，ITA与DM的速度之比呈指数级增加为2^n。
2005-07-01 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
Subspace benchmarking high-fidelity entangling operations with trapped ions
我们提出了一个新的和简化的两个量子比特的随机基准测试程序，只在一对量子比特的对称子空间中运行，非常适合于基准测试捕获离子系统。通过只在对称子空间中进行基准测试，我们大大降低了实验的复杂性，所需的门数和运行时间。该协议被证明对捕获的离子使用集体单量子比特旋转和Molmer-Sorenson（MS）相互作用估计的纠缠门误差$2(1) \times 10^{-3}$。我们分析了MS门中的期望误差，发现布居主要保持在对称子空间中。混合对称和反对称子空间的错误出现泄漏，我们将我们的协议与最近提出的泄漏基准测试相结合，来表征它们。协议的推广和局限性进行了讨论。
2020-03-17 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 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
Quantification and Characterization of Leakage Errors
我们提出了一个通用框架的量化和表征的泄漏错误时，量子系统被编码在一个更大的系统的子空间。要做到这一点，我们引入新的度量量化的相干和非相干特性所产生的错误，我们说明了这个框架与超导量子位相关的几个例子。特别是，我们提出了两个数量：泄漏和渗漏率，这与平均门保真度允许表征的平均性能的量子门在泄漏的存在下，并显示如何随机基准协议可以修改，使所有三个数量的Clifford门集的鲁棒估计。
2017-04-10 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
High-fidelity gates in a transmon using bath engineering for passive leakage reset
本文通过片上七阶切比雪夫滤波器将transmon泄漏态寿命降低三个数量级，同时保持量子比特寿命和门保真度，实现无源泄漏重置，将泄漏错误转化为可纠正错误。
2024-11-06 quant-ph
Characterization and benchmarking of a phase-sensitive two-qubit gate using direct digital synthesis
本文利用 Presto 的直接数字合成精确控制脉冲相对相位，在两个 transmon 量子比特上实现并表征 290 ns 的 iSWAP 门，层析验证与交错随机基准测试显示误差为 2%。
2023-08-17 quant-ph
PyQBench: a Python library for benchmarking gate-based quantum computers
该研究推出了开源框架PyQBench，用于基准测试基于门的量子计算机，可通过验证区分两种冯·诺依曼测量的能力测试NISQ设备，既提供带预定义测量族的CLI，也支持用户自定义测量。
2023-03-31 quant-ph
The Search For Leakage-free Entangling Fibonacci Braiding Gates
这是一个悬而未决的问题，如果有泄漏的纠缠Fibonacci编织门。本文对否定的猜想提供了证据。我们还发现了一个简单得多的协议，以产生近似无泄漏纠缠Fibonacci编织门比现有的算法在文献中。
2019-04-03 cs.ET 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
Leakage suppression for high-fidelity exchange gates and quantum simulation in superconducting circuits
National Laboratory of Solid State Microstructures, School of Physics, Nanjing University（南京大学固体微结构物理学院）；Shishan Laboratory, Suzhou Campus of Nanjing University（南京大学苏州校区石崑实验室）；Jiangsu Key Laboratory of Quantum Information Science and Technology, Nanjing University（南京大学江苏省量子信息科学与技术重点实验室）；Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息与量子物理协同创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
针对超导量子比特中快速激发转移引起的泄漏问题，提出参数化DRAG（PDRAG）方法，通过单频率命令实现一阶和二阶导数校正，在保持交换相互作用的同时显著抑制泄漏，实验显示泄漏降低达5个数量级。
2026-11-06 quant-ph
Randomized Benchmarking as Convolution: Fourier Analysis of Gate Dependent Errors
我们表明，随机基准（RB）协议是一个卷积服从傅立叶空间分析。通过采用Gowers和Hatami [Sbornik：Mathematics 208，1784（2017）]最近工作中建立的群上矩阵值函数的傅立叶变换的数学框架，我们提供了Wallman [Quantum 2，47（2018）]和Proctor [Phys. Rev. Lett. 119，130502（2017）]门相关噪声对随机基准测试的影响界限。我们明确地表明，只要我们的故障门集接近Clifford群的目标表示，RB序列是由一个过程，正好有两个特征值接近1和其余接近零的指数衰减。这个框架还允许我们构建一个规范，其中平均门设置误差是由RB衰减率参数化的去极化通道，以及相对于理想的门设置的保真度最大化的规范。
2021-08-11 quant-ph
Experimental characterization of the Toffoli gate via channel spectrum benchmarking
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）；P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所）；Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院斯捷克洛夫数学研究所）
本文提出扩展的CSB模型和保真度估计区间，用于实验表征Toffoli门，通过验证显示三重态实现优于双量子比特实现。
2025-12-23 quant-ph
Benchmarking the noise sensitivity of different parametric two-qubit gates in a single superconducting quantum computing platform
在单个量子计算平台上利用不同类型的双量子比特门的可能性增加了量子算法分解的灵活性。如果所有门都以高保真度实现，则更大的硬件本地门集合可以减少所需门的数量。在这里，我们基准控制Z（CZ）和交换型（iSWAP）门使用参数驱动的可调谐耦合器，介导两个超导量子比特之间的相互作用。使用随机基准测试协议，我们分别估计CZ和iSWAP门的$0.9\pm0.03\%$和$1.3\pm0.4\%$保真度的每个门的误差。我们认为，杂散$ZZ$型耦合的iSWAP门的主要误差源，和所有微波驱动器的相稳定性是至关重要的。在将量子算法映射到实际硬件时，必须考虑不同双量子位门的可实现的并行性的这种差异。
2020-05-14 quant-ph
Estimating the fidelity of T gates using standard interleaved randomized benchmarking
随机基准测试（RB）是鲁棒地表征量子门错误率的重要协议。该技术通常应用于Clifford门，因为它们形成满足形成酉2-设计的方便技术条件的组，此外还具有与容错量子计算和有效的经典模拟的紧密连接。为了实现通用量子计算，必须添加至少一个额外的门，例如T门（也称为$π$ /8门）。在这里，我们提出并分析了一个简单的变化的标准交织RB协议，可以准确地估计T门的平均保真度，同时保留了许多优点的酉2-设计和保真度保证，这样的设计提供，以及高效的经典模拟性能的克利福德组。我们的工作补充了先前的方法，已经成功地估计T门的结晶度，但只有通过放松2-设计约束，并使用更复杂的数据分析。
2016-12-20 quant-ph
A framework for randomized benchmarking over compact groups
实验系统的表征是开发和改进量子硬件的重要步骤。在过去的十年中，开发了一系列称为随机基准测试（RB）的协议，它提供了一种有效的方法来测量量子系统中的错误率。在最近的论文（arxiv：2010.07974）中，提出了RB的一般框架，其包括大多数已知RB协议，并且克服了先前工作中错误模型的限制。然而，即使是这个通用框架也有一个限制：它只能应用于有限的门组。这不满足实验提出的需要，特别是对量子器件上的非Clifford门和连续门集进行基准测试的需求。在这项工作中，我们推广的RB框架连续组的门，并表明，只要噪声水平是合理的小，输出可以近似为矩阵指数衰减的线性组合。作为一个应用程序，我们数值研究了完全随机基准协议（即RB与整个酉群作为门集），使我们的证明。这为在实验中估计任何量子门的门保真度提供了一种统一的方法。
2021-11-19 quant-ph
Benchmarking quantum gates and circuits
本文综述了多种量子门与电路基准测试技术，并提出对SPAM误差鲁棒、可同时表征相干与非相干误差的确定性基准测试协议，为量子计算基准测试提供实用指导。
2025-02-23 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
Spectator Leakage Suppression via Invariant Subspace Engineering for CZ Gates in Superconducting Quantum Circuits
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；CAS Center For Excellence in Quantum Information and Quantum Physics（中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越创新中心）；Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学苏州高等研究院）；Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center（合肥综合性国家科学中心人工智能研究院）
该研究针对超导量子电路CZ门的spectator泄漏问题，提出基于可调耦合器的动态哈密顿量工程方法，实验将泄漏率抑制至10^-4量级，解决了频率排布与门保真度的权衡，为容错量子计算提供核心技术。
2026-08-18 quant-ph
Efficient measurement of quantum gate error by interleaved randomized benchmarking
我们描述了一个可扩展的实验协议，用于获得估计的错误率的个别量子计算门。该协议中，随机Clifford门之间的交织感兴趣的门，提供了一个有界的估计的平均误差的门测试，只要影响的Clifford门的整个集合的噪声的平均变化是小的。这种技术同时考虑了状态准备和测量误差，并且在量子位的数量上是可扩展的。我们将此协议应用于超导量子比特系统，并发现门错误，通过量子过程层析成像提取的门错误相媲美。
2014-03-19 quant-ph
Randomized benchmarking in the presence of time-correlated dephasing noise
随机基准测试已经成为一种流行且易于实现的实验技术，用于衡量量子计算设备中门操作的质量。一个典型的随机基准测试程序识别的保真度的指数衰减的基准序列的门的长度增加，和衰减率被用来估计的保真度的门。然而，保真度呈指数衰减依赖于门中的时间无关或静态噪声的假设，在门序列上的噪声中没有相关性或显著漂移，这在许多情况下是一个很好满足的条件。然而，已经观察到偏离标准指数衰减的情况，通常归因于噪声中的一定量的时间相关性，尽管偏离的精确机制尚未完全探索。在这项工作中，我们研究这个问题的随机基准时间相关的噪声-特别是时间相关的失相噪声的精确可解性-并阐明的情况下，偏离指数衰减可以预期。
2020-10-22 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
Efficient Z-Gates for Quantum Computing
对于超导量子比特，微波脉冲驱动围绕布洛赫球的旋转。这些驱动器的相位可用于产生零持续时间的任意“虚拟”Z门，其与两个$X_{π/2}$门组合可产生任何SU（2）门。在这里，我们展示了如何最好地利用这些虚拟Z门来改进算法和纠正脉冲误差。我们进行随机基准测试，使用Clifford集的阿达玛和Z-门，并表明，每克利福德的错误减少与一组标准的有限持续时间的X和Y门。Z门可以校正弱非谐波量子比特的酉旋转误差，作为脉冲整形技术（如DRAG）的替代方案。我们调查泄漏，并表明，结合的DRAG脉冲整形，以尽量减少泄漏和Z门，以纠正旋转误差（DRAGZ）实现了13.3 ns的$X_{π/2}$门，其特征在于低误差（$1.95[3]\times 10^{-4}$）和低泄漏（$3.1[6]\times 10^{-6}$）。最终，泄漏受到量子位的有限温度的限制，但这个限制比由于退相干引起的脉冲误差小两个数量级。
2017-06-28 quant-ph
Restricted Randomized Benchmarking with Universal Gates of Fixed Sequence Length
针对标准RB依赖复杂操作且序列长度不一致的问题，提出用等长可直接访问通用门产生Haar随机性的受限RB协议，并验证其资源效率与噪声建模价值。
2024-05-08 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
Randomized benchmarking of a high-fidelity remote CNOT gate over a meter-scale microwave interconnect
本研究利用可调耦合量子比特和超绝热驱动，在60厘米微波互连上实现高保真远程态传输，并构建远程CNOT门，通过随机基准测试测得传输保真度0.988和门保真度0.933。
2025-10-23 quant-ph
