Quasiparticle universes in Bose-Einstein condensates
综述了在模拟引力运动学背景下模拟基本量子场论效应的最新进展。具体来说，有人认为，弯曲的时空概括的Unruh-Davies效应-Gibbons-Hawking效应在德西特时空的膨胀宇宙模型-可以实现和验证的超冷气体的玻色子原子。
2004-08-24 cond-mat.other gr-qc hep-th
Simulating Large PEPs Tensor Networks on Small Quantum Devices
我们系统地将低键维PEP张量网络映射到量子线路。通过测量和重用量子比特，我们证明了一个$N \times M$正方形晶格PEP网络的模拟，对于任意的$M$，键尺寸$2$可以使用$N+2$量子比特。我们采用这种方法来计算一个长程回路的值，可观察到的拓扑文元格模型映射一个$3\times 3$ PEPs张量网络的5-qubit量子线路和霍尼韦尔系统模型H1-1捕获离子设备上执行。我们发现，对于这个系统的大小，嘈杂的可观测值是足够的诊断拓扑与平凡的顺序，作为文模型是由一个磁场项在哈密顿扰动。我们提供了一个概述的实验过程及其结果。然后，我们将更详细地解释我们将二维张量网络映射到量子线路的方法及其标度特性。我们的研究结果作为一个概念验证的实用程序的测量和重用的方法来模拟大型二维量子系统的小型量子设备。
2021-10-01 cond-mat.str-el quant-ph
Hot non-equilibrium quasiparticles in transmon qubits
非平衡准粒子激发降低了各种超导电路的性能。了解这些准粒子的能量分布将有助于深入了解它们的产生机制，它们对超导设备的限制，以及如何有效地减轻准粒子引起的量子位退相干。为了探测这种能量分布，我们系统地将量子比特弛豫和激发与偏移电荷敏感transmon量子比特中的电荷奇偶开关相关联，并发现准粒子诱导的激发事件是我们样品中剩余激发态人口背后的主导机制。观察到的准粒子分布本身将把$T_1$限制为$\approx200~μ\mathrm{s}$，这表明我们的器件中的准粒子损失与所有其他损失机制是平等的。此外，测得的准粒子引起的激发事件的速率大于弛豫事件，这意味着准粒子比从描述其表观密度的热分布预测的更有活力。
2018-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Operating a passive on-chip superconducting circulator: device control and quasiparticle effects
微波环行器在基于超导电路的量子技术中起着重要的作用。传统的循环器设计采用铁氧体材料，体积庞大，并涉及强磁场，使其不适合集成在超导芯片上。片上超导环行器的一个很有前途的设计是基于无源约瑟夫森结环。在本文中，我们考虑这样的设备的两个操作问题：电路调谐和准粒子隧穿的影响。我们使用绝热消去法计算散射矩阵，并推导出实现最佳循环的参数约束。然后，我们数值优化的环行器的性能在整个外部控制参数，包括栅极电压和磁通偏置，证明这种多维优化收敛迅速，找到最佳的工作点。我们还考虑了准粒子隧穿的可能性，在循环器环和它如何影响信号循环。我们的研究结果形成的基础上，实际操作的被动片上超导环行器制成的环的约瑟夫森结。
2021-12-24 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
QDsim: A user-friendly toolbox for simulating large-scale quantum dot devices
本文提出QDsim，一个基于恒定相互作用模型和凸优化的大规模量子点器件电荷稳定性图模拟工具，为机器学习驱动的自动调谐算法提供高效的大规模数据集生成方案。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quasiparticle Variational Quantum Eigensolver
University of Florida（佛罗里达大学）
本文提出了一种基于动量空间的VQE框架，用于模拟相互作用量子多体系统中的准粒子激发，通过能量优化准确捕捉低激发能谱并验证其与理论结果的一致性。
2025-11-20 cond-mat.str-el quant-ph
Quasiparticles in superconducting qubits with asymmetric junctions
设计超导能隙的空间分布--能隙工程--长期以来被认为是控制超导器件中准粒子的有效方法。在铝膜中，它们的厚度调节间隙;因此，Al/AlOx/Al约瑟夫森结的标准制造（其依赖于在较薄的膜的顶部上重叠较厚的膜）总是导致间隙设计的器件。在这里，我们重新考虑超导量子比特中的准粒子效应，以明确地解释约瑟夫森结两侧带隙中不可避免的不对称性。我们发现，可以遇到不同的制度中的准粒子有相似的密度在两个结的铅，或在很大程度上局限于较低的间隙铅。定性地，对于类似的密度，量子位的激发态布居较低，但其弛豫速率高于当准粒子被限制时;因此，在量子位中的两个期望性质之间存在潜在的权衡。
2022-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Hybrid quantum variational algorithm for simulating open quantum systems with near-term devices
混合量子-经典（HQC）算法使得通过有效的控制方案使用由经典计算资源支持的近期量子器件成为可能。在本文中，我们开发了一个HQC算法，使用一个有效的变分优化方法来模拟开放系统动力学下的噪声-中间尺度量子（NISQ）计算机。利用含时变分原理（TDVP）方法，并将其推广到密度矩阵的McLachlan TDVP，其中包含误差的Frobenius范数的最小化，我们应用幺正量子线路得到了Lindblad形式下开放量子系统的时间演化.最后，我们说明了我们的方法的使用与详细的例子，这是在良好的协议与分析计算。
2020-08-12 quant-ph
Simulating open quantum systems using noise models and NISQ devices with error mitigation
本文在IBM和OQC的NISQ设备及噪声模拟中，利用Mitiq工具包的零噪声外推误差缓解技术模拟碰撞模型和马尔可夫库模型，成功减小误差并使结果与理论值重叠。
2024-01-12 quant-ph
Methods for simulating string-net states and anyons on a digital quantum computer
在实验环境中寻找拓扑有序态的物理实现，从凝聚态到人工量子系统，一直是利用其非常规性质的主要挑战。我们展示了如何在数字量子计算机上实现一大类拓扑有序态并模拟它们的准粒子激发。为了实现这一点，我们设计了一组线性深度的量子线路，以产生一般弦网络模型的基态，以及幺正开弦算子，以模拟阿贝尔和非阿贝尔任意子的创建和编织。我们表明，阿贝尔（非阿贝尔）酉弦算子可以实现一个常数（线性）深度量子线路。我们的方案允许我们直接探测特征拓扑性质，包括拓扑纠缠熵，编织统计，和任意子的融合通道。此外，这组高效制备的拓扑有序态在容错量子计算机的发展中具有潜在的应用。
2022-10-24 cond-mat.str-el quant-ph
Mitigation of quasiparticle loss in superconducting qubits by phonon scattering
量子纠错将是实现容错量子计算的重要组成部分。然而，大多数校正方案依赖于误差在空间和时间上充分不相关的假设。在超导量子比特中，这种假设在电离辐射的存在下被严重违反，电离辐射在衬底中产生高能声子的爆发。这些声子可以破坏超导体中的库珀对，从而在大面积上产生准粒子，从而以相关的方式降低量子器件中的量子比特相干性。一种潜在的缓解技术是在设备上放置大量的正常或超导金属，能够将声子能量降低到量子位的超导能隙以下。为了研究这种方法的有效性，我们制作了一个量子器件，其中有四个名义上相同的基于量子阱的transmon量子比特。在该器件上，一半的氮化铝-氮化钛接地层被铝（Al）取代，铝具有显著更低的超导能隙。我们确定性地注入高能量声子到衬底的电压偏置电流隔离约瑟夫森结。在存在低带隙材料的情况下，我们发现注入相关量子位寿命的退化减少了2-5倍，并且观察到不期望的激发量子位态布居被类似的因子减轻。此外，我们把铝正常的磁场，发现没有变化的声子保护。这表明，在我们的设备中的保护的功效不受Al接地平面中的超导能隙的大小的限制。我们的研究结果为保护超导量子比特处理器免受电离辐射的相关错误提供了一个有希望的基础。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulating polaritonic ground states on noisy quantum devices
City College of New York（纽约市立学院）；The Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生中心）；Algorithmiq Ltd.（Algorithmiq有限公司）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）
本文提出在噪声量子设备上利用VQE-PUCC方法模拟氢分子极子基态，并通过误差缓解方案实现化学精度。
2023-10-03 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Simulating hydrodynamics on noisy intermediate-scale quantum devices with random circuits
在最近的一个里程碑式的实验中，谷歌的处理器Sycamore通过从（伪）随机电路的输出中采样，预示着“量子霸权”时代的到来。我们表明，这样的随机电路提供了量身定制的积木模拟量子多体系统的噪声中间尺度量子（NISQ）设备。具体而言，我们提出了一个算法，包括一个随机电路，然后由trottered哈密顿时间演化研究流体力学和提取传输系数的线性响应制度。我们通过模拟一维和二维量子自旋系统中时空关联函数的建立来数值演示该算法，在那里我们特别仔细研究了任何现实实现中存在的错误的不可避免的影响。重要的是，我们发现，流体动力学缩放的相关性是非常强大的特罗特步骤，这打开了大门，达到非平凡的时间尺度与少量的门的大小。虽然随机电路内的错误被证明是无关紧要的，我们还揭示了有意义的结果，可以获得噪声的时间演化与误差率在近期硬件上实现。我们的工作强调了抽象采样任务之外的NISQ设备上的随机电路的实际相关性。
2021-06-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulating the Dynamics of Single Photons in BosonSampling Devices with Matrix Product States
玻色子采样是一个定义明确的方案，用于在近期内证明光子的量子优越性。在非自适应线性光网络中，虽然只依赖于多光子干涉，但很难进行经典模拟。在这里，我们使用矩阵乘积态来研究玻色子采样，这是量子多体物理学中一种强大的方法。该方法将光子演化过程中的瞬时量子态存储在光量子线路中，从而可以揭示玻色取样器件中单光子的动力学特征，如纠缠熵增长等。我们也将其应用到耗散光学量子线路，以及电路与费米子粒子的灵活性，这种方法。我们的工作表明矩阵乘积态是模拟光量子线路的一个强有力的平台。它很容易扩展到研究多粒子量子行走中的量子动力学。
2019-08-09 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
Quantum subspace expansion approach for simulating dynamical response functions of Kitaev spin liquids
University of Exeter（埃克塞特大学）；National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Royal Holloway, University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院）
本文提出基于量子子空间展开的量子模拟方法，结合对称引导拟设等技术模拟有限磁场下Kitaev自旋液体的动力学响应相关性质，验证了量子模拟器在强关联磁体研究中的应用价值。
2024-07-05 cond-mat.str-el quant-ph
Engineering superconducting qubits to reduce quasiparticles and charge noise
识别、量化和抑制量子比特中的退相干机制是实现量子计算机或模拟器工程目标的重要步骤。超导电路在量子位设计中提供了灵活性;然而，它们的性能受到准粒子（破碎的库珀对）的不利影响。因此，开发一种与可扩展的高相干性设备兼容的准粒子缓解策略是非常可取的。在这里，我们通过实验演示了如何通过缩小量子位，用金属盖覆盖它，并为其配备合适的准粒子陷阱来控制准粒子的产生。使用倒装芯片设计，我们在超导能隙上方塑造量子位的电磁环境，抑制准粒子中毒。我们的研究结果支持的假设，准粒子的产生是占主导地位的库珀对在结处的断裂，作为一个结果的光子吸收的天线状量子比特结构。我们实现了创纪录的低电荷奇偶性开关速率（<1Hz）。我们的铝制设备在离散充电事件方面也表现出更高的稳定性。
2022-12-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating Hadronic Physics on NISQ devices using Basis Light-Front Quantization
量子化学与光阵面量子场论之间的类比首先由Kenneth G. Wilson的理论，为发展量子场论的光阵面量子模拟提供了动力。我们演示了如何计算强子结构可以进行噪声中等规模的量子设备内的基础光前量子化框架。在量子处理器上，我们利用一个有效的光阵面哈密顿量，计算了π介子的光阵面波函数。我们使用变分量子本征求解器来求解基态能量和波函数，然后用它来计算π介子的质量半径、衰减常数、弹性形状因子和电荷半径。
2020-11-26 hep-lat hep-th quant-ph
Simulating Quantum State Transfer between Distributed Devices using Noisy Interconnects
本文提出一种通用实用的准概率分解方法，利用含噪互连模拟量子态传输，通过单一可调参数降低采样开销，并在真实量子设备上验证了其可行性和保真度提升。
2025-07-02 quant-ph
Two-level systems in superconducting quantum devices due to trapped quasiparticles
实现大规模超导量子线路的一个主要问题是与界面二能级系统缺陷（TLS）的相互作用，其导致量子比特弛豫并阻碍量子比特在一定频率范围内的操作，该频率范围也随时间漂移。另一个主要的挑战来自非平衡准粒子（QP），导致量子位失相和弛豫。在这项工作中，我们表明，这样的QP也可以作为TLS的源。使用频谱和时间映射的TLS引起的波动频率可调谐振器，我们确定了一个子集的一般TLS人口是高度相干的TLS与低重构温度$\sim$ 300 mK，和非均匀的状态密度。这些性质可以理解，如果这些TLS形成的量子点被困在浅的亚隙态形成的超导序参量$Δ$的空间波动。对这种TLS的磁场测量揭示了它与超导性的联系。我们的研究结果表明，捕获的量子点可以诱导量子位弛豫。
2020-04-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating Non-Markovian Open Quantum Dynamics with Neural Quantum States
Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China（合肥微尺度物质科学国家研究中心，中国科学技术大学）；Department of Chemistry, Fudan University（复旦大学化学系）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文提出一种基于神经量子态和耗散子嵌入量子主方程的方法，用于高效模拟非马尔可夫开放量子动力学，提升计算可扩展性和可解释性。
2026-03-09 cs.LG quant-ph
Simulating Quantum Computers Using OpenCL
量子计算是一项新兴技术，有望实现计算模式的转变，并允许在许多不同的问题中加速。然而，量子设备仍处于早期阶段，大多数只有少量量子比特。这依赖于模拟来开发量子算法并验证这些设备。虽然存在许多用于量子线路仿真的算法，但是（在撰写本文时）没有使用OpenCL来并行化该仿真的工具，从而在保持便携性的同时利用诸如GPU之类的设备。在本文中，这样的工具，包括优化领域，如门应用。这导致了一种新的方法，优于其他流行的基于状态向量的模拟器。所提出的模拟器的实现可在https://qcgpu.github.io上获得。
2018-11-07 quant-ph
Variational Quantum Linear Solver for Simulating Quantum Transport in Nanoscale Semiconductor Devices
本研究提出将变分量子线性求解器应用于纳米半导体器件量子输运模拟，通过新代价函数和高效分解方法处理复数非对称系统，实现随网格大小对数扩展的量子计算优势。
2025-09-06 quant-ph
QuantumAnnealing: A Julia Package for Simulating Dynamics of Transverse Field Ising Models
QuantumAnnealing.jl是一个开源Julia包，提供在经典硬件上模拟横场伊辛模型时间演化的工具，支持复现与自定义退火时间表，用于量子设备性能验证与快速原型设计。
2024-07-30 quant-ph
A Roadmap for Simulating Chemical Dynamics on a Parametrically Driven Bosonic Quantum Device
本研究提出利用参数驱动的玻色子超导 Kerr-cat 器件模拟化学反应动力学，可精确模拟质子转移基准系统，为量子化学模拟提供新路径。
2025-01-22 physics.chem-ph quant-ph
Simulating Chemistry on Bosonic Quantum Devices
Yale University（耶鲁大学）；Lafayette College（拉法叶学院）；Purdue University（普渡大学）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；The University of Chicago（芝加哥大学）；University of Massachusetts-Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Universidad de Huelva（韦尔瓦大学）；Universidad de Granada（格拉纳达大学）；University of Connecticut（康涅狄格大学）
本文探讨利用玻色量子设备模拟化学结构与动力学，包括分子振动光谱计算、气相和溶液相的绝热与非绝热化学动力学模拟，以及分子图论问题的高效求解。
2024-07-05 quant-ph
Simulating Vibrational Dynamics on Bosonic Quantum Devices
本文提出将 Cartan 子代数分解扩展至玻色子算符，构建可用 Bogoliubov 变换高效对角化的非谐哈密顿量片段，并在双势阱隧穿和小分子振动能计算中验证。
2024-12-05 physics.chem-ph quant-ph
A universal simulating framework for quantum key distribution systems
量子密钥分发（QKD）提供了一种基于物理的方式来安全地协调远程用户之间的密钥。仿真是设计和优化量子密钥分配系统的重要手段。我们开发了一个通用的模拟框架的基础上的光子信号和光学器件的量子算符描述。光学器件可以自由组合并由光子激发事件驱动，这使得它原则上适用于任意的QKD系统。我们的框架侧重于光学器件和系统结构的现实特点。在建模时考虑了器件的不完美性和量子系统的非局域特性。我们模拟了单光子和HOM干涉光学单元，它们是QKD系统的基础。实验结果与理论结果吻合较好，表明了该方法在量子密钥分配中的可行性。
2020-11-17 physics.optics quant-ph
Simulating quantum measurements without superposition devices
Lund University（隆德大学）；Instituto de física Teórica, IFT-UAM/CSIC, Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学理论物理研究所）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University（诺迪塔，皇家理工学院与斯德哥尔摩大学）
研究经典设备能否模拟量子测量，引入经典测量模型，分析其与交换测量和联合可测性的关系，提出构造方法和叠加性判据。
2026-07-01 quant-ph
Methods for Classically Simulating Noisy Networked Quantum Architectures
随着构建可扩展量子计算机的研究取得进展，能够证明其正确性非常重要。由于经典模拟量子计算的指数硬度，通过经典模拟直接验证失败。然而，我们可以经典地模拟小规模量子计算，因此我们能够测试设备在该领域的行为是否符合预期。当我们扩展到无法再模拟的尺度时，这是对预期的量子优势获得信心的第一步。现实设备由于其架构而具有限制，并且由于物理缺陷和噪声而具有限制。在这里，我们通过考虑这些影响来扩展通常的理想模拟。我们提供了一个通用的方法来构建逼真的模拟仿真的物理系统，这将提供一个基准的现实设备，并指导实验研究在追求量子优势。我们通过模拟网络架构和相应的噪声模型，特别是在网络量子信息技术中心（NQIT）开发的设备，来验证我们的方法。对于我们的模拟，我们使用适当的修改，经典的模拟器的Bravyi和Gosset。所考虑的具体问题属于瞬时量子多项式时间（IQP）问题，一类被认为是很难的经典计算设备，是一个很有前途的候选人的第一次演示量子优势。我们首先考虑IQP的一个子类，由Bermejo-Vega等人定义，涉及二维动态量子模拟器，然后移动到更一般的IQP实例，但仍然限于NQIT的架构。
2019-11-15 quant-ph
Simulating nonlinear optical processes on a superconducting quantum device
本文提出将非线性波-波相互作用问题量子化为哈密顿量模拟问题，并在超导量子器件上用两个量子比特结合误差缓解技术进行实验验证，为近期量子平台求解等离子体问题提供了范例。
2024-08-26 physics.plasm-ph quant-ph
Non-Abelian Braiding of Lattice Bosons
我们报告的数值实验中，我们使用含时势编织非阿贝尔准粒子。我们考虑在均匀磁场中的分数量子霍尔区的格点玻色子，其中$ν$，粒子与通量量子之比，接近1/2，1或3/2。我们引入了随时间变化的势，它使准粒子激发相互移动，明确地模拟了一种编织操作，这种编织操作可以在量子计算中实现门的一部分。我们发现不同的辫子在$1$和$3/2$附近的$ν$不对易，Berry矩阵分别与Ising和Fibonacci任意子一致.在$ν=1/2$附近，辫子们上下班。
2011-09-21 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Simulating Majorana zero modes on a noisy quantum processor
相互作用费米子系统的模拟是量子计算机最令人期待的应用之一。最有趣的模拟将需要一台容错的量子计算机，而构建这样的设备仍然是一个长期目标。然而，现有噪声量子处理器的能力已经稳步提高，引发了人们对运行模拟的兴趣，这些模拟虽然不一定是经典的棘手问题，但可以作为设备基准，并有助于阐明在近期设备上实现实际应用的挑战。非相互作用的费米子系统非常适合于这些目的。虽然它们在量子处理器上模拟时显示出丰富的物理特性并产生高度纠缠态，但它们的经典易处理性使实验结果即使在通常违背经典模拟的大系统尺寸下也能得到验证。在这项工作中，我们使用一个嘈杂的超导量子处理器，准备马约拉纳零模式的Kitaev链哈密顿，非相互作用的费米子模型的本征态。我们的工作建立在以前的实验与非相互作用的费米子系统。以前的工作表明，错误缓解技术适用于斯莱特行列式的特殊情况。在这里，我们将展示如何将这些技术扩展到一般费米子高斯态的情况下，并通过在多达7个量子比特的系统上准备马约拉纳零模式来演示它们。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Macroscopic quantum tunneling and quasiparticle-tunneling blockade effect in s-wave/d-wave hybrid junctions
本文从理论上研究了s波/d波混合约瑟夫森结中的宏观量子隧穿以及节状准粒子和零能束缚态对宏观量子隧穿的影响。与d-波/d-波结相反，由于各向同性s-波超导体中的准粒子隧穿阻塞效应，节状准粒子和ZES引起的低能准粒子耗散被抑制。因此，在这些结中的固有耗散被发现是非常弱的。我们还研究了MQT在一个现实的s-波/d-波（Nb/Au/YBCO）的交界处，其中欧姆耗散在分流电阻是强于固有的耗散，并发现MQT是在目前的实验技术观察。这一结果表明s波/d波混合结在量子信息器件中具有很高的应用潜力。
2009-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Systematic distillation of composite Fibonacci anyons using one mobile quasiparticle
拓扑量子计算机应该允许内在的容错量子计算，但如何实现这样的计算机仍然存在不确定性。众所周知，拓扑量子计算可以用有限的准粒子编织能力来实现，实际上只使用单个移动准粒子，如果系统可以通过测量正确初始化的话。还已知的是，只要测量装置可以动态地创建和修改，单独的测量就足够了，而不需要任何编织。我们研究的模型中，测量和编织能力是有限的。考虑到从真空中以一定的成功概率拉出非平凡斐波那契任意子对的能力，我们展示了如何通过编织一个准粒子和只有一个测量来模拟普适量子计算，以读出结果。困难在于初始化系统。我们给出了一个系统的建设家庭的辫子序列，初始化到任意精度的非平凡复合任意子。而不是使用Solovay-Kitaev定理，序列是基于收敛搜索的量子算法。
2012-06-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of Macroscopic Quantum Dynamics in High-Tc Josephson Junctions
本文从理论上研究了s波/d波混合约瑟夫森结中的宏观量子隧穿以及节状准粒子和零能束缚态对宏观量子隧穿的影响。与d-波/d-波结相反，由于各向同性s-波超导体中的准粒子隧穿阻塞效应，节状准粒子和ZES引起的低能准粒子耗散被抑制。因此，在这些结中的固有耗散被发现是弱的。这一结果表明s波/d波混合结在量子信息器件中具有很高的应用潜力。
2009-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating open quantum many-body systems using optimised circuits in digital quantum simulation
数字量子计算机是模拟开放量子多体系统的理想平台。通过模拟封闭量子系统的时间动力学或变分方法来获得基态是许多研究的重点。然而，开放量子系统的动力学没有得到太多的关注，原因是它们的非幺正动力学不自然地在量子计算中的一组幺正门操作上进行模拟。本文研究了具有Trotterisation的开放量子系统中修正随机薛定谔方程（MSSE）的原型模型.最小化MSSE中的前导误差使得能够优化量子线路，并且我们使用无噪声的\textit{quantum assembly language (QASM) simulator}和有噪声的IBM Quantum设备运行优化的电路。该\textit{QASM simulator}能够研究可达到的系统大小，这是可比的经典计算机的限制。结果表明，成功地获得了开放量子系统中的非平衡临界现象。此外，我们在IBM Quantum设备上运行该算法，表明当前的机器具有挑战性，由于噪声，要给出定量准确的时间动态。尽管有误差，IBM设备的结果定性地遵循临界行为的趋势，并包括一个可能性，以证明量子优势时，噪音减少。我们讨论了多少噪声应减少一定的保真度使用的噪声模型，这将是至关重要的，以证明从未来的量子器件的量子优势。
2022-03-27 cond-mat.stat-mech 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
Simulating photonic devices with noisy optical elements
本文应用noisy gates方法直接模拟dual rail框架下的含噪声光学电路，无需映射到密度矩阵，并在基于门和测量的量子计算模型上验证其通用性，同时设计了抗光子损失的光子变分量子算法求解MAX-2-CUT问题。
2024-03-07 quant-ph
Simulating Quantum Systems with NWQ-Sim on HPC
本文介绍可在多节点多CPU/GPU异构HPC上运行的量子模拟环境NWQ-Sim，展示其在伊辛模型、噪声误差分析及VQE变分算法中的应用，证明其性能优于或媲美同类模拟器，兼具噪声感知能力。
2024-01-12 quant-ph
Simulating of X-states and the two-qubit XYZ Heisenberg system on IBM quantum computer
两个量子比特的密度矩阵是最近在IBM量子器件上模拟的Bell对角态的自然推广，它们是X形的。我们推广了已有的结果，提出了一个用于模拟一般两量子比特X态的量子线路，并在同一个量子器件上实现了它，研究了它在扩展参数空间的几种取值下的纠缠.我们还表明，它们的X形是近似鲁棒的噪声量子门。为了进一步物理激励这项研究，我们调用两个自旋海森堡XYZ系统，并表明，对于广泛的初始状态，它会导致动态密度矩阵，这是X-状态。由于这个哈密顿量的对称性，我们表明，只有两个量子比特，可以模拟这个系统的动力学在IBM量子计算机上。
2022-01-20 quant-ph
Simulating challenging correlated molecules and materials on the Sycamore quantum processor
模拟复杂的分子和材料是量子器件的预期应用。强量子优势在人工任务中表现出来，我们研究如何将这种优势转化为相关电子结构的建模物理问题。我们模拟静态和动态的电子结构的超导量子处理器来自谷歌的Sycamore架构的两个代表性的相关电子的问题：固氮酶铁硫分子团簇，和$α$ -钌，一个近似的自旋液体材料。为此，我们将电子结构简化为适合器件的低能自旋模型。广泛的错误缓解和援助，从经典的模拟数据，我们实现了定量有意义的结果部署约1/5的门资源用于人工量子优势实验上类似的架构。当选择适合硬件的模型时，这增加到超过1/2的门资源。我们的工作是将人工测量的量子优势转化为物理相关的设置。
2022-03-29 quant-ph
Overhead for simulating a non-local channel with local channels by quasiprobability sampling
随着用于量子计算的硬件技术的进步，其可能的应用被积极地探索和开发。然而，这样的应用仍然受到量子设备上的噪声的影响，特别是当使用保真度相对较低的双量子比特门时。克服这一困难的一个办法是用当地的业务取代这种非当地的业务。这种替换可以通过将非局部信道分解为局部信道的线性组合并利用基于准概率的方法模拟原始信道来执行。在这项工作中，我们首先定义了一个量，我们称之为非本地的信道鲁棒性，它量化了分解的成本。虽然对于一般的非局域信道计算这个量是有挑战性的，但我们通过提供显式分解给出了一般两量子比特酉信道的上限。分解是通过推广我们以前的工作，其应用已被限制到一定形式的两量子比特幺正。这项工作为第一代量子设备开发了一个资源减少的框架。
2021-01-25 quant-ph
Environmental Radiation Impact on Lifetimes and Quasiparticle Tunneling Rates of Fixed-Frequency Transmon Qubits
量子计算依赖于量子比特在尽可能没有噪声的环境中的操作。这项工作报告测量环境辐射对固定频率transmon量子比特的寿命的影响，通过改变测量空间中使用的屏蔽量，使用各种电容器焊盘几何形状。发现量子位寿命对这些屏蔽变化是稳健的，直到在冰箱中没有混合室屏蔽的情况下测试最极端的极限。相比之下，准粒子隧穿率被发现对所有测试的配置都非常敏感，这表明这些设备尚未受到与超导准粒子相关的损耗的限制。
2021-05-28 quant-ph
Simulating quantum circuits with restricted quantum computers
本论文研究用受限量子计算机模拟量子电路，提出基于准概率模拟（QPS）的方法，刻画非局部态和信道的最优模拟开销，并探讨经典通信的作用，为电路编织提供理论基础。
2025-03-27 quant-ph
Simulating groundstate and dynamical quantum phase transitions on a superconducting quantum computer
我们在超导量子器件上优化了一个量子不变的、顺序的量子线路，通过量子临界点模拟了量子伊辛模型的基态。我们进一步展示了如何在这个模型的量子临界点的猝灭中发现的动态量子临界点可以被模拟。我们的方法避免了有限尺寸标度的影响，通过使用顺序的量子线路的启发无限矩阵乘积状态。我们提供高效的电路和各种错误缓解策略来实现，优化和时间演变这些状态。
2022-05-25 quant-ph
Enhancing Quantum Field Theory Simulations on NISQ Devices with Hamiltonian Truncation
该研究提出利用哈密顿量截断方法模拟量子场论实时演化，以Schwinger模型为用例验证了其在NISQ设备上的可行性，降低了线路深度与相干时间需求，结果与理论预测高度吻合。
2025-09-02 hep-lat hep-th quant-ph
Nonlocal quantum heat engines made of hybrid superconducting devices
我们讨论了一种量子热机，它从耦合到正常和超导水库的热驱动双量子点产生功率。量子点之间的能量交换由电子-电子相互作用介导。我们可以区分设备操作模式中的三种主要机制。在Andreev隧穿机制中，能量在零粒子态和两粒子态的相干叠加中流动。尽管Andreev过程的内在电子-空穴对称性，我们发现，热机的效率增加与超导水库的耦合。第二种机制发生在准粒子输运的制度。在这里，我们得到了大的效率，由于超导能隙的存在和周围的间隙边缘的电子态密度的强能量依赖性。最后，在第三个制度存在的Andreev过程和准粒子隧穿之间的竞争。总之，我们的研究结果强调了对隧穿和结构带谱的重要性，在正常超导耦合点系统的热机性能的准确表征。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
A First Demonstration of the SQUAT Detector Architecture: Direct Measurement of Resonator-Free Charge-Sensitive Transmons
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理学和宇宙学研究所）；Department of Physics, Stanford University（斯坦福大学物理系）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文首次演示了SQUAT探测器架构，通过直接测量无谐振器的电荷敏感超导谐振子，实现了同时检测电荷和准粒子信号的能力。
2026-01-22 physics.ins-det quant-ph
Fundamental limits of superconducting quantum computers
连续自发局域化（CSL）模型是量子力学的另一种表述，它引入了非线性耦合到波函数的噪声来解释其坍缩。我们考虑了超导transmon量子比特量子计算机的CSL效应。作为一个直接的影响CSL减少量子比特的计算基础状态的量子叠加：我们显示的减少率是微不足道的小。然而，CSL的间接效应，即噪声引起的耗散，也会通过产生额外的准粒子导致transmon量子位退相干。由于传输子量子比特的退相干速率依赖于准粒子密度，通过计算CSL诱导的量子比特产生速率，可以估计相应的准粒子密度，从而估计CSL对传输子量子计算机性能的限制。我们表明，CSL可能会破坏大型设备上的实际算法的量子计算。我们进一步探讨了在超导器件上测试CSL效应的可能性。
2022-01-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum computation of a quasiparticle band structure with the quantum-selected configuration interaction
Panasonic Holdings Corporation（松下控股公司）；QunaSys Inc.（QunaSys有限公司）
本文提出将量子子空间展开与量子选择组态相互作用相结合的混合方法，以规避VQE变分参数优化困难，并在IBM量子处理器上用16量子比特演示了硅的准粒子能带结构计算。
2025-11-07 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Improved quasiparticle nuclear Hamiltonians for quantum computing
Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
本文通过Brillouin-Wigner微扰理论改进开放壳层核的准粒子描述，实现能量相对误差低于0.2%，并引入Hartree-Fock近似使有效哈密顿量适用于量子模拟。
2026-04-13 nucl-th quant-ph
Nonequilibrium Quasiparticle Dynamics in a MoRe-Based Superconducting Resonator under IR Excitation
G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, N.A.S. of Ukraine（乌克兰国家科学院 G.V.库尔久莫夫金属物理研究所）；Kyiv Academic University（基辅学术大学）
研究了红外激发下MoRe基超导谐振腔的非平衡准粒子动力学，揭示了其在微波动能电感探测器中的应用潜力。
2026-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
