Effects of Laser-Annealing on Fixed-Frequency Superconducting Qubits
随着超导量子处理器复杂性的增加,需要克服频率拥挤的限制的技术。最近发展起来的激光退火方法为超导量子比特的后加工频率调节提供了一种有效的方法。在这里,我们提出了一个自动化的激光退火装置的基础上,传统的显微镜组件和证明保存高度相干transmons。在一种情况下,我们观察到激光退火后相干性增加了两倍,并对该量子位进行噪声光谱分析,以研究缺陷特征的变化,特别是两能级系统缺陷。最后,我们提出了一个局部加热模型,以及证明老化稳定性的激光退火的晶圆规模。我们的工作是理解潜在的物理机制和扩大超导量子比特的激光退火的重要的第一步。
2022-06-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Parallel Quantum Annealing
D-Wave Systems,Inc.的量子退火机,提供了一种有效的方法来计算高质量的解决方案的NP难问题。这是通过将问题映射到量子芯片的物理量子位上来完成的,量子退火后从中获得解决方案。然而,由于芯片上的物理量子位的连接性是有限的,因此需要将问题结构较小地嵌入到芯片上。在这个过程中,特别是对于较小的问题,许多量子位将保持未使用状态。我们提出了一种称为并行量子退火的新方法,以更好地利用可用的量子位,其中在量子退火器的相同退火周期中解决相同或几个独立的问题,假设有足够的物理量子位可用于嵌入多个问题。虽然单独的解决方案的质量可能会略有下降时,并行解决几个问题(而不是单独解决每个问题),我们证明,我们的方法可以给戏剧性的速度加快的解决方案的时间(TTS)解决最大团问题的实例相比,解决每个问题顺序的量子退火。此外,我们表明,解决一个单一的最大团问题,使用并行量子退火显着减少TTS。
2022-11-29 cs.ET quant-ph
Quantum dynamics of two $XX$ interacting PT-symmetric non-Hermitian qubits: enhancement of quantum annealing
Ruhr-Universität Bochum(波鸿鲁尔大学)
本文研究了两组PT对称非厄密qubit的量子动力学,通过构建最小模型,探讨了量子退火中对称保持和破坏态的特性,证明微小PT对称非厄密项可显著提高退火后基态概率。
2026-05-13 quant-ph
Quantum annealing with pairs of $^2Σ$ molecules as qubits
开壳层分子在$Σ$电子态中的旋转和精细结构引起不同宇称的塞曼态之间的交叉。这些交叉在存在电场的情况下变得避免。我们提出了一种算法,将伊辛模型编码成量子位,量子位由在这些避免的交叉点附近共享激发的$^2Σ$分子对定义。这可以用于实现可由外部电场或磁场调谐的横向场伊辛模型,适用于量子退火应用。我们进行动力学计算的几个例子与一维和二维连接。我们的研究结果表明,获得有效的退火解决方案的概率很高,可以通过改变退火时间进行优化。
2022-08-12 quant-ph
Superconducting Quantum Annealing Architecture with LC Resonators
我们提出了一种新的超导电路结构,以提高量子退火系统的效率。为了增加电路的能力,期望量子位不仅与相邻的量子位耦合,而且与位于远处的其他量子位耦合。我们介绍了一种电路,它使用一个集总元件谐振器耦合每个一个量子位。谐振子-量子比特对通过基于射频超导量子干涉器件(SQUID)的耦合器耦合。这些对构成了量子退火机的大型量子系统。该系统可以准备问题哈密顿量并调整量子退火过程的参数。
2019-04-19 quant-ph
Preparing ground states of the XXZ model using the quantum annealing with inductively coupled superconducting flux qubits
制备哈密顿量的基态在凝聚态物理和量子化学中具有重要意义。相互作用哈密顿量通常不仅包含对角元素,还包含非对角元素。虽然量子退火提供了一种方法来制备一个基态的哈密顿量,我们只能使用伊辛相互作用的哈密顿量通过使用目前可用的商业量子退火设备。在这项工作中,我们提出了一个量子退火的XXZ模型,其中包含伊辛相互作用和能量交换相互作用,通过使用电感耦合超导磁通量子比特。关键的想法是使用最近提出的自旋锁定量子退火,其中量子比特由微波场驱动。只要旋转波近似成立,超导磁通量子比特之间的感应耦合在旋转坐标系下产生所需的哈密顿量,我们可以利用这种相互作用进行量子退火,而微波场驱动起着横向场的作用。为了量化我们的方案的性能,我们进行了数值模拟,并表明,我们可以制备基态的二维海森堡模型具有高保真度。
2021-12-23 quant-ph
Coherent coupled qubits for quantum annealing
量子退火是一种潜在地利用量子隧穿来增强计算性能的优化技术。现有的量子退火器使用具有短相干时间的超导通量量子比特,主要受到大持续电流$I_\mathrm{p}$的使用的限制。在这里,我们研究一种替代方法,使用具有较小$I_\mathrm{p}$和较长相干时间的量子位。我们证明了可调耦合,量子退火的基本构建块,两个通量量子比特之间的小($\sim 50~\mathrm{nA}$)持续电流。此外,我们描述了量子比特相干性作为耦合器设置的函数,并研究了耦合器回路中的磁通噪声对量子比特相干性的影响。我们的研究结果提供了深入了解下一代量子退火机的可用设计空间,提高了相干性。
2017-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Performance benefits of increased qubit connectivity in quantum annealing 3-dimensional spin glasses
超导量子计算中的一个重要挑战是需要使用准二维制造工艺来物理耦合许多设备。量子退火处理器的设计和制造的最新进展使得数千个量子比特之间的成对连接性得以增加。这样做的一个好处是能够为每个逻辑自旋使用更少的物理量子位来小嵌入优化问题。在这里,我们证明了这一进展的好处,在最小化的三维自旋玻璃的能量的问题。将上一代D-Wave 2000 Q系统与新的Advantage系统进行比较,我们观察到解决方案时间的缩放得到了改进,并且在多个图嵌入上的一致性得到了改进。
2020-09-26 quant-ph
Quantum Annealing with Qubit-Resonator Systems for Simultaneous Optimization of Binary and Continuous Variables
针对同时包含二进制和连续变量的优化问题,提出一种基于量子比特与谐振器混合系统的量子退火方法,构建一般框架并通过数值模拟验证其可行性与有效性。
2025-06-25 quant-ph
Signatures of Open and Noisy Quantum Systems in Single-Qubit Quantum Annealing
我们提出了一种量子退火协议,可以更有效地探测D-Wave量子退火硬件上单个量子比特的动力学。该协议使用D-Wave的h-增益计划功能,允许在退火期间在任意点快速淬灭纵向磁场。这一特点使我们能够区分开放和封闭的系统动力学以及纵向磁场噪声的存在或不存在。我们表明,热和磁场波动的噪声,需要包括在一个开放量子系统模型,以再现硬件的输出统计的关键来源。
2022-08-18 quant-ph
2D implementation of quantum annealing algorisms for fourth order binary optimization problems
量子退火在解决K阶二进制优化问题时可能比模拟退火具有更大的优势。在当前量子退火硬件上不存在实现高阶优化问题(K > 2)的可行架构。我们提出了一个二维量子退火架构来解决四阶二进制优化问题,通过编码四个量子位的相互作用在耦合的局部场作用于一组物理量子位。所有可能的N量子位系统的四体耦合项都可以通过这种架构来实现,并且可以很容易地用现有的超导电路技术来实现。物理量子位的开销是O(N4),这与之前提出的四维空间架构相同。实验系统的规范不变子空间保证了优化问题哈密尔顿算子和可执行哈密尔顿算子之间的等价性。提出了一种利用单个辅助量子比特实现局域规范约束的方案。
2016-05-12 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
Measuring Entangled Qutrits and Their Use for Quantum Bit Commitment
我们生产和全息测量纠缠量子点编码的单光子的横向空间模式。通过新颖的量子态层析成像方法,我们实现了迄今为止对纠缠量子态最完整的表征。理想情况下,纠缠qutrits提供更好的安全性比量子比特的承诺:我们模型的敏感性,这混合物和实验和理论表明,qutrits,即使是少量的退相干不能提供更高的安全性量子比特。
2004-08-14 quant-ph
Quantum annealing with more than one hundred qubits
量子技术正在成熟到量子设备,如量子通信系统,量子随机数发生器和量子模拟器,可以建立超过经典计算机的能力。特别地,量子退火器通过将非零温度下的已知初始配置朝向编码给定问题的哈密顿量的基态演化来解决困难的优化问题。在这里,我们介绍了基于超导通量量子位的108量子位D-Wave One设备的实验结果。与设备和经典退火或经典自旋动力学之间的弱相关性相比,设备和模拟量子退火机之间的强相关性表明设备执行量子退火。我们发现了额外的证据,量子退火的形式小间隙避免水平交叉表征的困难的问题。为了评估设备的计算能力,我们将其与优化的经典算法进行比较。
2013-07-21 quant-ph
Error corrected quantum annealing with hundreds of qubits
量子信息处理提供了显著的加速,但众所周知,它容易受到退相干的影响,这一过程使量子叠加衰减为相互排斥的经典替代方案,从而剥夺了量子计算机的能力。这使得量子纠错的发展成为理论和实验量子计算的一个基本和不可避免的方面。到目前为止,人们对量子退火中的退相干保护知之甚少,量子退火是一种旨在利用基态量子动力学来比经典方法更快地解决优化问题的计算范式。在这里,我们开发了量子退火的误差校正,并提供了一个实验演示,使用高达344超导通量量子比特的处理器,最近已被证明物理实现可编程量子退火。我们证明了一个实质性的改善处理器的性能在没有纠错。这些结果为大规模噪声保护绝热量子优化器件的研制铺平了道路。
2013-07-31 quant-ph
Scaling Quantum Optimization for Unit Commitment via Pauli Correlation Encoding
University of Delaware(特拉华大学);Fujitsu Research of America(富士通美国研究院)
本文提出了一种混合量子-经典方法,用于具有时间依赖约束的单位调度问题,通过泡利相关性编码以更少的量子比特处理大规模调度问题,实现高效可行的调度方案。
2026-05-16 quant-ph
Towards Scalable Quantum Unit Commitment in Power Systems: Encoding and Complexity Reduction Techniques
Universitat Politècnica de Catalunya(加泰罗尼亚理工大学);CITCEA-UPC(加泰罗尼亚理工大学能源与环境工程研究中心)
本文提出结合泡利关联编码与基于样本的量子对角化的量子机组组合框架,通过减少量子比特和增强最优解概率,实现比未简化方法更可靠且计算成本更低的求解。
2026-09-30 cs.SY eess.SY quant-ph
Validating a Two Qubit Non-Stoquastic Hamiltonian in Quantum Annealing
我们提出了一个双量子位实验验证可调反铁磁$XX$相互作用的量子退火。这样的相互作用允许与时间相关的哈密顿量是非随机的,并且瞬时基态在计算基础中可以具有负振幅。我们的建设依赖于如何伊辛哈密顿的基态的简并是打破了从退火的终点:以上的反铁磁$XX$相互作用强度的一定值,微扰基态在退火结束时从对称到反对称状态的变化。这种变化与伊辛基态之一的抑制相关联,然后可以使用单独的计算基础测量来检测伊辛基态。我们表明,退火协议的半经典近似未能再现这一功能,使其成为候选人的“量子签名”的演变。
2020-01-09 quant-ph
Real-time simulation of flux qubits used for quantum annealing
通过数值求解含时薛定谔方程,研究了多达三个超导量子干涉器件(SQUID)的实时磁通动力学。数值结果被用来仔细检查映射到两个级别的系统(量子位)的通量自由度,以及作为一个可调耦合元件的中间SQUID的性能。结果表明,量子位表示产生了很好的描述量子退火过程中的通量动力学和可调谐耦合元件的存在下,不会对整体性能产生负面影响。此外,从模拟量子退火过程中的两级系统的动力学获得的数据进行比较,由D-波2000 Q量子退火机产生的实验数据。通过将量子位系统耦合到两能级系统的浴槽中,将有限温度的影响纳入模拟中。它示出的环境建模为非相互作用的两级系统耦合到量子比特可以产生的数据,其匹配的实验数据比模拟数据的量子比特没有耦合到环境,更好地比从模拟环境建模为相互作用的两级系统耦合到量子比特的数据。
2020-01-31 quant-ph
Exploring More-Coherent Quantum Annealing
在寻求重新启动计算的过程中,量子退火(QA)是一种新能力的有趣候选者。虽然在现实世界的应用程序中,它还没有表现出比经典计算更大的优势,但QA设计空间的许多重要领域还有待探索。在IARPA的量子增强优化(QEO)计划中,我们已经开辟了一些新的调查路线,以达到QA的核心,并正在设计测试台超导电路和进行关键实验。在本文中,我们讨论了最近的实验进展有关的关键设计维度之一:量子比特相干性。使用麻省理工学院林肯实验室的量子比特制造过程和扩展通量量子比特的最新进展,我们正在实现和测量具有QA能力的通量量子比特。在QA环境中实现高一致性提出了重大的新工程挑战。我们报告的技术和初步测量结果解决两个挑战:串扰校准和量子位读出。这一基础工作使人们能够探索其他有前途的功能,并为理解量子退火作为计算资源的物理和可行性提供了一条途径。
2018-09-12 cs.ET quant-ph
4-bit Factorization Circuit Composed of Multiplier Units with Superconducting Flux Qubits toward Quantum Annealing
本文提出并实验验证了一种由32个超导通量量子比特构成的4位因数分解电路,通过原生实现乘法器哈密顿量,在量子退火后求解P=M*N,相比chimera图架构具有更好的可扩展性。
2023-08-12 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
Searching and Sorting Algorithms for Quantum Annealing Computers
提出了在量子退火系统上搜索和排序数据集的算法。无序数据集的搜索算法。提出了一种考虑排序稳定性的数据集排序算法。算法的可扩展性,同时考虑所需的量子位的数量和量子位的连通性,其特征在于作为问题大小的函数。
2022-04-28 quant-ph
Quantum Annealing Machines Based on Semiconductor Nanostructures
基于超导量子比特的量子退火机(quantum annealing machines,QAM)近年来取得了很大的进展,在学术界和商业界得到了广泛的应用。另一方面,基于量子点(QD)等半导体纳米结构的量子调制解调器似乎仍处于初级研究阶段,因为难以控制量子位之间的相互作用。在本文中,我们回顾了QAM的基础上的半导体纳米结构,如浮栅(FG)或量子点的量子比特集成的观点。我们在理论上建议使用传统的高密度存储器,如NAND闪存用于QAM,而不是从头开始构建半导体量子比特系统。大型量子比特系统将作为商业级电子产品小型化的自然延伸而获得,尽管可能需要进一步的努力来实现高质量的量子比特。
2018-10-15 quant-ph
Environmental effects in quantum annealing
对于量子退火,与基于电路的量子计算相反,计算问题的解被编码在量子系统的基态中。因此,它对环境影响的敏感性是一个不同但同样重要的开放问题,对于可扩展的实现至关重要。在这项工作中,我们使用重整化群技术来研究欧姆浴的效果,在一个制度典型的实际绝热量子计算。我们发现系统与浴之间的有效哈密顿量以及约化量子比特密度矩阵编码纠缠发生了质的变化。约化密度矩阵的有效退相限制了从许多量子比特纠缠基态中提取的信息。我们发现退火过程不再局限于量子位,并讨论了在组合系统-浴态中退火的可能缺点或优点。
2018-09-24 quant-ph
Cyclic Quantum Annealing: Searching for Deep Low-Energy States in 5000-Qubit Spin Glass
本文利用D-Wave 5000量子比特处理器验证了迭代循环量子退火算法能快速找到自旋玻璃深度低能态,并揭示了低能景观中连通团簇的幂律分布等复杂结构,为优化算法改进提供指导。
2024-12-28 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimization of coherent attacks in generalizations of the BB84 quantum bit commitment protocol
众所周知,没有量子比特承诺协议是无条件安全的。尽管如此,在鲍勃正确估计爱丽丝的承诺的概率和爱丽丝成功揭示她想要的任何比特的概率上都可以存在非平凡的上限。在本文中,我们试图确定这些边界的BB84位承诺协议的推广。在这样的协议中,诚实的爱丽丝通过从指定的集合中随机选择一个状态并将其提交给鲍勃来提交比特,然后通过宣布所选择的状态向鲍勃展示比特,此时鲍勃测量投影到状态上。从量子态估计理论中的已知结果可以很容易地推导出Bob的最优欺骗策略。我们将展示如何理解爱丽丝的最一般的作弊策略,(这涉及到她提交给鲍勃的纠缠态的一半)的一个定理的休斯顿,乔萨和伍特斯。我们还展示了如何优化爱丽丝的作弊策略的问题,一个固定的提交状态可以映射到一个问题的状态估计。最后,使用量子比特状态的布洛赫球表示,我们确定了一类协议的最佳相干攻击,可以只用一个量子比特实现。这些结果为Alice成功揭开Aharonov等人提出的协议中她想要的任何比特的概率提供了一个严格的上限,引导我们找到一个更安全的量子比特协议
2002-11-13 quant-ph
A simple unconditionally secure quantum bit commitment protocol via quantum teleportation
通过将固定态的局域量子隐形传态传送到另一方发送的纠缠对中的一个量子比特,展示了一方如何仅用经典信息作为证据提交一个比特,从而得到一个无条件安全的协议。众所周知的"不可能性证明“由于其不同的承诺和开放规定而不包括这样的协议,这需要在不同的可能系统之间进行实际的量子测量,从而不能纠缠。
2004-01-14 quant-ph
Extending spin coherence times of diamond qubits by high temperature annealing
金刚石中带负电荷的氮空位(NV $^-$)缺陷的自旋是固态量子比特最有希望的候选者之一。含有这些自旋携带缺陷的量子器件的制造需要位置受控地引入具有优异性质(诸如光谱稳定性、长自旋相干时间和稳定负电荷状态)的NV $^-$缺陷。氮离子注入和退火使得NV $^-$自旋量子比特的定位具有高精度,但迄今为止,以这种方式产生的量子比特的相干时间很短,可能是因为存在残余辐射损伤。在目前的工作中,我们表明,在1000 $^\circ$ C的高温退火允许2毫秒的相干时间在室温下实现。这些结果是在高纯度、99.99% $^{12}$ C富集的单晶化学气相沉积金刚石中由还原产生的NV $^-$缺陷获得的。我们讨论这些显着长的相干时间的背景下,剩余缺陷自旋的热行为。[发表于Physical Review B { \bf{88} },075206(2013)]
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nested Quantum Annealing Correction
我们提出了一个通用的量子退火纠错方案,允许将一个逻辑量子比特编码成任意大数量的物理量子比特。给定任何伊辛模型优化问题,编码将每个逻辑量子比特替换为度为$C$的完整图,表示纠错码的距离。随后的次要嵌入步骤然后在量子退火器的底层硬件图上实现编码。我们通过实验证明,随着$C$的生长,D-Wave 2量子退火器件的性能得到改善。我们表明,性能的改善可以解释为所产生的问题哈密顿量的能量尺度的有效增加,或等效地,在该设备工作的温度有效降低。数字$C$因此允许我们控制对热和控制错误的保护量,特别是,用$η\leq 2$来交换量子位以获得与$C^{-η}$成比例的较低有效温度。这种有效的温度降低是迈向可扩展量子退火的重要一步。
2015-11-22 quant-ph
Analog-Digital Quantum Computing with Quantum Annealing Processors
D-Wave Quantum(D-Wave量子);Simon Fraser University(西蒙菲莎大学);New Mexico Consortium(新墨西哥联盟);University of Southern California(南加州大学)
本文提出在超导量子退火处理器中实现类比-数字量子计算,通过固定多体哈密顿量和任意基初始化测量,扩展了可操作的量子门类,展示了单量子比特和双量子比特相干振荡、多量子比特量子行走及安德森局域化等应用。
2026-04-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Bifurcation-based quantum annealing with nested spins
研究了量子退火的一种分岔机制。利用量子数S=1的自旋,我们构造了一个简单的模型来产生分岔。Qutrit可以通过嵌套两个量子比特来组成。通过数值求解薛定谔方程,验证了基于分叉的量子退火(BQA)方法的有效性和基态的有效性。并将结果与标准量子退火(QA)的结果进行了比较。我们发现BQA的性能与标准QA相当,或者在某些情况下给出更好的结果。
2020-03-30 quant-ph
Minimizing minor embedding energy: an application in quantum annealing
量子退火的一个重大挑战是将现实世界的问题映射到有限连接的硬件图上。如果问题图的最大度超过硬件图的最大度,则采用较小嵌入,其中每个逻辑量子比特被映射到物理量子比特树。树中物理量子位之间的成对相互作用被设置为具有一定耦合强度$F<0$的铁磁。在这里,我们解决的问题,什么值$F$应该采取,以最大限度地提高概率,退火找到正确的基态的伊辛问题。每个逻辑量子比特的$|F|$的总和被定义为较小的嵌入能量。我们证实实验的基态概率最大化时,较小的嵌入能量最小化,受约束,没有域壁出现在与每个嵌入的逻辑量子比特相关联的每棵树的物理量子比特。我们进一步开发了一个分析下界$|F|$,满足这个约束,并表明它是一个更严格的约束比以前推导出的崔(量子信息。
2019-05-08 quant-ph
Quantum Bit Commitment with a Composite Evidence
基于纠缠的攻击是微妙而强大的,通常被认为会使量子比特承诺不安全。我们指出,导致这一观点的不去论证隐含地假设承诺的证据是一个单一的量子系统。我们认为,更一般的证据结构,允许复合,混合(经典量子)的证据,有助于提高安全性。特别地,我们提出并证明了以下协议的安全性:Bob发送Alice一个匿名状态。她通过在+(对于$b = 0$)或$\times$(对于$b=1$)的基础上测量其部分来记录她的承诺$b$。然后,她将(经典的)测量结果$R_x$和插入到其他随机准备的量子位中的部分测量的匿名状态传递给他,作为她的承诺证据。
2005-01-04 quant-ph
Investigation into the Potential of Parallel Quantum Annealing for Simultaneous Optimization of Multiple Problems: A Comprehensive Study
PricewaterhouseCoopers(普华永道);Innovation Hub(创新中心)
本研究探索并行量子退火的潜力与局限,通过多维度实验验证其可减少空闲量子比特,相较传统串行量子退火有望实现大幅加速。
2024-03-09 cs.AI quant-ph
Scalable effective temperature reduction for quantum annealers via nested quantum annealing correction
嵌套量子退火校正(NQAC)是用于量子退火的纠错方案,其允许将逻辑量子比特编码成任意大数目的物理量子比特。编码用度$C$的完整图替换每个逻辑量子位。嵌套级别$C$表示纠错码的距离,并控制针对热错误和控制错误的保护量。用D-Wave Two量子退火机(支持多达$512$量子比特)获得的理论平均场分析和经验数据表明,NQAC有可能用$η\leq 2$实现可扩展的有效温度降低$T_{\rm eff} \sim C^{-η}$。我们确认,当NQAC在D-Wave 2000 Q设备(支持高达$2048$量子位)上测试时,这种缩放是保留的。此外,我们表明,NQAC也可以用于采样问题,以降低量子退火的有效温度。这种有效的温度降低与机器学习应用相关。由于我们证明了NQAC通过有效降低量子退火设备的温度来实现纠错,因此我们的结果解决了“量子退火机的温度标度律”的问题,该问题需要降低量子退火机的温度,因为试图解决更大尺寸的问题。
2017-10-22 quant-ph
Classical Commitments to Quantum States
本文提出量子态的经典承诺方案,基于后量子LWE假设,实现简洁验证,并由此得到QMA的经典简洁论证系统及量子PCP转换方法。
2025-08-08 quant-ph
Security of two-state and four-state practical quantum bit-commitment protocols
研究了当量子信道存在噪声且欺骗方只能使用单量子比特测量时,针对一个四态量子比特承诺协议及其两态协议的欺骗策略.我们表明,简单地推断传输的光子的状态,通过使用Breidbart基础,最佳的模糊(最小误差)状态歧视,并不直接产生一个最佳的作弊策略,这个比特承诺协议。我们引入了一种新的策略,基于某些测量后的过程,并表明它有更好的机会比直接的方法作弊。我们还研究了发送伪造地理坐标在多大程度上有助于不诚实的一方违反有约束力的安全要求。最后,我们研究了协议中不完美单光子源的影响。我们的研究表明,在所使用的资源方面,四状态协议是优于两个状态的版本。所进行的分析可以直接推广到任何有限量子位测量,具有相同的定性结果。
2016-12-28 cs.IT math.IT quant-ph
Anneal-path correction in flux qubits
量子退火器需要精确的控制和优化的操作方案来降低噪声水平,以便最终证明相对于经典算法的计算优势。我们研究了一个高相干四结电容并联磁通量子比特(CSFQ),利用色散测量提取系统参数并对器件进行建模。器件固有的约瑟夫森结不对称性在退火量子位时引起有害的非线性串扰。我们实现了一个非线性退火路径,以纠正原位的不对称性,从而大大增加了量子位的概率是在正确的状态给定的施加通量偏置。我们还确认了我们的CSFQ电路模型的多级结构,通过小的光谱间隙退火和观察能级交叉的量子签名。我们的研究结果表明,退火路径校正方案的设计和实施,以提高控制精度的高相干性和高控制的量子退火,从而提高退火协议的成功概率。
2021-02-16 quant-ph
Quantum-Driven Neuromorphic Computing for Million-Qubit-Scale Workloads
Dynex Holding Establishment;Surrey Institute for People-Centred Artificial Intelligence, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey(萨里大学工程与物理科学学院以人为本的人工智能研究所)
本文提出Apollo,一种室温运行的万节点p量子比特神经形态处理器,通过集成量子熵源实现超快随机转换,在自旋玻璃基准测试中达到低于低温量子退火硬件的基态能量。
2026-06-12 cs.AR quant-ph
An Efficient User-Side Nulling Calibration for Quantum Annealing Computers
这项工作描述了一种有效的用户端校准和校正量子退火计算机的方法。对于基于伊辛模型的量子退火计算机,该方法测量h和J系数的剩余偏差。一旦测量,这些偏差就可以在后续运行中为任何感兴趣的问题归零。该方法还基于从玻尔兹曼分布模型计算的测量的量子位分布与预期的量子位分布返回每个量子位的温度。
2015-04-02 quant-ph
Unconditionally secure commitment in position-based quantum cryptography
在文献中首次提出了一种新的基于位置验证和非局域量子关联的承诺方案。无条件安全性的唯一凭证是提交者的位置和生成的非本地相关性;接收者与提交者之间既没有任何预先共享的数据,也不需要可信和认证的量子/经典通道。在该方案中,只有当方案本身验证提交者的位置并在单轮中通过非局域量子关联验证她的承诺时,接收者才信任提交者。基于位置的承诺机制约束提交者在分配的时间内揭示有效的承诺,并保证除非提交者揭示,否则接收者将无法获得有关承诺的信息。该方案适用于比特和量子比特的承诺,并且对于提交者/接收者以及任何可能对破坏承诺感兴趣的第三方都是同样安全的。我们提出的方案是无条件安全的,特别是避免了Mayers和Lo-Chau攻击。
2014-10-30 quant-ph
Decoherence of a tunable capacitively shunted flux qubit
Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo(物理与天文学系,滑铁卢大学);Department of Electrical and Computer Engineering, University of Waterloo(电气与计算机工程系,滑铁卢大学);Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College(物理与天文学系,达特茅斯学院);Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology(电子学研究实验室,麻省理工学院)
该研究探讨了可调容性屏蔽磁通量子比特在高频率下的退相干机制,揭示了热噪声和低频磁通噪声对退相干的主要影响,为提高超导量子退火器的相干性提供了重要参考。
2025-12-13 quant-ph
Quantum Annealing vs. QAOA: 127 Qubit Higher-Order Ising Problems on NISQ Computers
本文在NISQ计算机上比较量子退火与QAOA求解127量子比特高阶Ising问题,发现QA优于QAOA,且动态解耦使2轮QAOA略优于1轮。
2023-03-18 cs.DS cs.ET math.CO
Reducing multi-qubit interactions in adiabatic quantum computation without adding auxiliary qubits. Part 2: The "split-reduc" method and its application to quantum determination of Ramsey numbers
量子退火最近已用于确定3 < m < 9和R(3,3)的拉姆齐数R(m,2)[Bian等人(2013)PRL 111,130505]。这是当时最大的绝热演化算法实验。然而,在该计算中,超过66%的量子位是辅助量子位,因此所使用的拉姆齐数哈密顿量的大小远远小于所使用的设备的全部128量子位容量。需要这些辅助量子位的原因是因为当时(以及现在)最好的量子退火设备无法实现超过2量子位相互作用的多量子位相互作用,并且它们在2量子位相互作用的能力方面也受到限制。我们提出了一种方法,该方法通过减少多量子位和2量子位相互作用,允许使用量子退火设备的全部量子位容量。使用我们的方法,2013年Ramsey数量子计算中使用的设备可以在10分钟内确定R(16,2)和R(4,3)。
2015-08-28 quant-ph
Solving Differential Equations Using Continuous-Variable Quantum Annealing
Chuo University(中央大学);The University of Tokyo(东京大学);Ochanomizu University(御茶水女子大学);National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(产业技术综合研究所)
本研究开发了用于求解线性微分方程的连续变量量子退火公式,通过将微分方程映射为与玻色量子退火兼容的目标函数,数值模拟显示其可复现二阶线性微分方程的解析解,有望避免基于量子比特实现的离散化开销。
2026-08-06 quant-ph
Nested Quantum Annealing Correction at Finite Temperature: $p$-spin models
实际器件中的量子退火必然容易受到非绝热跃迁和热噪声引起的误差的影响。嵌套量子退火校正是一种通过在表示逻辑量子比特的一组物理量子比特之间使用全对全惩罚耦合来抑制错误的方法。我们分析表明,嵌套量子退火校正可以有效地抑制铁磁和反铁磁伊辛模型与无限程相互作用的错误。我们的分析表明,嵌套结构可以显着削弱,甚至消除一级相变,其中的能隙关闭指数。嵌套结构还通过降低有效温度来抑制热波动。
2018-03-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Mediator assisted cooling in quantum annealing
我们显示了一个显着减少的量子退火机(QA)的架构,其中玻色子模式调解量子比特之间的相互作用的错误。这些系统有一个大的冗余的子空间的解决方案,支持任意大的玻色子占领。我们解释了这种冗余如何导致减轻错误时,玻色子模式在超强耦合制度。数值模拟还预测了一个特定的退火问题与介导的相互作用的量子比特相干性的大幅增加。我们提供的证据表明,噪声降低发生在更一般类型的量子计算机具有类似的架构。
2019-10-29 quant-ph
Unconditionally Secure Bit Commitment by Transmitting Measurement Outcomes
基于Minkowski因果关系和量子信息的性质,提出了一种新的无条件安全的比特承诺方案。接收方在时空的给定点向提交者发送一些随机选择的BB 84量子位。提交者根据提交的位值在两个BB84库中的一个中执行测量,并以光速安全地将结果以相反的方向传输到远程代理。这些代理通过将结果返回给接收者的相邻代理来揭开比特。安全性证明仅依赖于量子信息的简单性质和超光速信号的不可能性。
2012-04-02 cs.CR quant-ph
Locally Suppressed Transverse-Field Protocol for Diabatic Quantum Annealing
非绝热量子退火(Diabatic quantum annealing,DQA)是绝热量子退火(adiabatic quantum annealing,AQA)的一种替代算法,可用于规避由退火能谱中的小极小值引起的指数减速。我们提出了局部抑制横场(LSTF)协议,一种启发式方法,使随机优化问题与DQA兼容。我们表明,提供了一个优化问题本质上具有磁挫折由于不均匀的局部领域,在问题中的目标量子位总是可以被操纵,以创建一个双最小值的基态和第一激发态之间的能隙在算法的演变。这样的双能量最小值可以用来诱导非绝热跃迁到第一激发态和回到基态。除了与经典和量子算法加速相关外,LSTF协议还可以在现有硬件上执行DQA原理证明和物理实验,前提是横向量子位磁化场存在独立控制。我们讨论了使用LSTF协议时量子退火硬件的相干性要求的影响,特别考虑松弛和退相的情况。我们表明,一个大的系统的弛豫速率可以只依赖于目标量子位呈现新的机会,在量子退火处理器中的散肩环境的表征。
2021-10-22 quant-ph
Quantum critical dynamics in a 5000-qubit programmable spin glass
该研究在5000量子比特超导量子退火器上实现自旋玻璃量子临界动力学,通过提取临界指数证明量子退火相比蒙特卡洛随机动力学具有能量降低的标度优势。
2023-04-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Gap-independent cooling and hybrid quantum-classical annealing
在这封信中,我们提出了一个有效的间隙无关的冷却方案的量子退火机,受益于有限的温度。我们选择一个基于超导通量量子比特的系统作为当前量子退火平台的一个突出例子。我们建议将量子比特系统横向耦合到共面波导,以对抗由始终存在的纵向热噪声引起的噪声和加热。我们提供了一个电路布局示意图的系统,并显示如何,可行的耦合强度,我们实现了全球性能的增强。具体来说,我们实现了冷却改善约$50\%$在绝热和百分之几百的非绝热制度,分别。
2018-08-29 quant-ph
Pulsed quantum annealing
我们提出了一个改进的量子退火协议,即。例如,脉冲量子退火(PQA),以便通过在量子退火过程期间施加脉冲来增加成功概率。众所周知,由于Landau-Zener跃迁,常规量子退火的成功概率降低。通过对系统施加脉冲,我们通过优化脉冲参数来调制成功概率,并与传统的量子退火相比提高了成功概率。我们证明了我们的研究结果为一个单一的量子位的数值和分析。分析模型是基于传递矩阵法,它是在良好的协议与完整的数值结果。我们还研究了多量子比特情况下的PQA协议$i. e.,$随机自旋玻璃的情况下,我们提出了一个整体增加的成功概率比传统的量子退火,通过优化脉冲参数。我们的研究结果表明,PQA可以用来设计未来的高性能量子退火机,特别是对于硬的情况下,传统的QA协议表现不佳。
2020-06-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherent quantum annealing in a programmable 2000-qubit Ising chain
量子模拟已经成为展示和理解近期量子计算机能力的一个有价值的舞台。量子退火已成功地用于模拟一系列开放量子系统,包括平衡态和非平衡态。然而,在所有以前的实验中,由于环境热效应的开始,退火太慢而无法连贯地模拟封闭的量子系统。在这里,我们展示了通过量子相变在一维横向场伊辛链的范式设置的相干演化,使用高达2000超导通量量子比特在一个可编程的量子退火。在大型系统中,我们观察到量子Kibble-Zurek机制与理论预测的扭结统计,以及特征性的正扭结-扭结相关性,独立于系统温度。在小链中,激发统计验证了在最小间隙处的Landau-Zener转变的图片。在这两种情况下,结果与封闭系统量子模型的解析解定量一致。对于较慢的退火,我们观察到反Kibble-Zurek标度的交叉开放的量子制度。这些实验表明,大规模量子退火机可以相干操作,为在量子优化、机器学习和模拟任务中利用相干动力学铺平了道路。
2022-03-10 quant-ph