Robust quantum memory via quantum control
Andrew D. Greentree, S. G. Schirmer, A. I. Solomon
提出了一种利用量子控制将量子信息转换为基本上无消相干的存储跃迁来构建量子存储器的一般方案，并通过计算机模拟进行了说明。
A general scheme for building a quantum memory by transferring quantum information to an essentially decoherence-free memory transition using quantum control is presented and illustrated by computer simulations.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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A Robust Quantum Random Access Memory
用于$N=2^n$存储器单元的量子随机存储器的“桶旅”架构需要每次存储器调用在控制电路节点上进行$n(n+5)/2$次量子操纵。在这里，我们提出了一个计划，其中只有平均$n/2$倍的操作是需要完成一个内存调用。该方案可以显著地减少在存储器调用上花费的时间和每个存储器调用的平均总体错误率。讨论了一种在选定的存储单元中存储任意状态，然后将其读出的物理实现方案。
Spectrally improved controllable frequency comb quantum memory
我们提出了一个宽带量子存储器的通用块的方案，由三个环形微谐振器形成一个可控的频率梳，并相互作用，并与一个共同的波导。我们发现的最佳参数的微谐振器显示的可能性，高效存储的光场在这个内存块，我们展示了胶合几个内存块的复合量子存储器的光谱范围，同时保持高效率的过程。
Robustness of quantum data hiding against entangled catalysts and memory
本文研究量子数据隐藏在催化剂和量子记忆辅助下的鲁棒性，证明可分隐藏态不受这些资源影响，而某些纠缠态可被量子记忆几乎完美区分。
Robust Quantum Memory in a Trapped-Ion Quantum Network Node
该研究将长寿命存储量子比特集成到混合物种囚禁离子量子网络节点中，实现纠缠转移与隔离，并利用动力学解耦显著减缓退相干，在10秒后仍保持0.81(4)的纠缠保真度。
Robustness of intra-atomic frequency comb based quantum memory against fluctuating environment
在这篇文章中，我们研究了基于原子内频率梳（I-AFC）的量子存储器对各种环境因素的鲁棒性。环境的影响被纳入随机波动的参数，如梳间距和光学深度，频率梳。我们还研究了量子存储器的质量，这是量化的光子存储的效率方面的温度的影响。我们发现，I-AFC是可行的光子存储，即使在非常大的波动的频率梳的参数。此外，温度对I-AFC的质量的影响可以忽略不计。我们的研究最终确定了I-AFC的顽固性。
Analysis of a quantum memory for photons based on controlled reversible inhomogeneous broadening
我们提出了一个详细的分析光子的量子存储器的基础上可控和可逆的非均匀加宽（CRIB）。运动方程的显式解是在弱激发状态下获得的，从而可以深入了解存储效率对光学深度的依赖性，以及原子光谱分布的宽度和形状。我们还研究了一个简化的存储协议，它不需要任何光控制字段。
Robust creation of entanglement between remote memory qubits
在这封信中，我们提出了一种基于原始DLCZ协议[LM]的强大量子中继器架构Duan \textit{et al.}，Nature \textbf{414}，413（2001）]。该架构基于双光子Hong-Ou-Mandel型干涉，其将长距离稳定性要求放宽约7个数量级，从DLCZ所需的单光子干涉的子波长到光子的相干长度。我们的建议提供了一个令人兴奋的可能性，强大的和现实的长距离量子通信。
Quantum memory for non-stationary light fields based on controlled reversible inhomogeneous broadening
我们提出了一种新的方法来有效地存储和调用非平稳光场，例如单光子时间仓量子比特，在光学致密的原子系综。我们的量子存储方法是基于可控的，可逆的，非均匀的加宽。我们简要讨论我们的建议的实验实现。
Robust optimal quantum learning without quantum memory
一个量子学习机的量子比特状态的二进制分类，不需要量子存储器的介绍和执行的最小错误率允许的量子力学的任何大小的训练集。这个结果被证明是鲁棒的（任意量的）噪声和（统计）下的训练集的组成的变化，只要它是足够大的。该机器可以使用任意次数，无需重新训练。它所需的经典存储器仅随训练量子比特的数量而几何地增长，而其超额风险则随该数量的倒数而下降，并且是估计和判别机器的超额风险的两倍，估计和判别机器估计训练量子比特的状态，并使用针对所获得的估计量身定制的判别协议对数据量子比特进行分类。
Controlling entropic uncertainty bound through memory effects
量子力学的定义特征之一是不确定原理，它最初是用两个可观测量的标准差来表示的。或者，它可以使用熵度量来公式化，并且还可以通过包括与待测量的粒子纠缠的记忆粒子来推广。在这里，我们考虑一个现实的情况下，记忆粒子是一个开放的系统与外部环境相互作用。通过条件熵与互信息的关系，我们提供了记忆效应与控制熵不确定性关系下限的条件熵变化率之间的联系。我们的处理表明，来自量子动力学映射的非马尔可夫性质的记忆效应直接控制的熵不确定性关系的下限在一般的方式，独立于特定类型的记忆粒子和它的环境之间的相互作用。
Optimal control for perfect state transfer in linear quantum memory
量子存储器是通过在存储器的每一级中的控制信号的ON/OFF切换来实现光学量子态的传送、存储和检索的系统。特别地，已知的是，对于单光子状态的完美转移，需要输入脉冲的适当成形。然而，通常，这种期望的脉冲形状具有复杂的形式，这在实践中将难以产生。在本文中，对于广泛的一类线性量子存储系统，我们开发了一种方法，该方法在保持完美的状态转移的同时降低了单光子输入脉冲形状的复杂性。关键的想法是双重的;（i）允许控制信号在时间上连续变化以引入附加的自由度，然后（ii）用公式表示最优控制问题以设计简单形式的输入脉冲和相应的控制信号。对λ型原子介质和网络化原子系综进行了数值模拟，验证了所提方法的有效性。
Memory-Efficient Differentiable Programming for Quantum Optimal Control of Discrete Lattices
量子最优控制问题通常由基于梯度的算法（如GRAPE）解决，这些算法会随着量子比特数量的增加而遭受存储量的指数增长，并且随着时间步长数量的增加而遭受存储器需求的线性增长。采用离散晶格的QOC表明，这些内存要求是模拟大型模型或长时间跨度的障碍。我们采用了一种非标准的可微编程方法，显着降低了内存的要求，在一个合理的重新计算量的成本。该方法利用酉矩阵的可逆性来反转反向传播期间的计算。我们利用QOC软件编写的可微编程框架JAX，实现这种方法，并证明其有效性的格点规范理论。
Hash function based on controlled alternate quantum walks with memory
我们提出了一个新的哈希函数QHFM的基础上控制交替量子行走与记忆的周期，其中第j个消息位决定是否运行量子行走与一步记忆或运行量子行走与两步记忆在第j个时间步，和哈希值计算从由此产生的概率分布的步行者。数值模拟表明，该散列函数具有接近理想的统计性能，在散列值对消息的敏感性、扩散和混淆特性、均匀分布特性、抗碰撞特性等方面至少与现有的基于量子游走的散列函数相当;理论分析表明，新方案的时间复杂度和空间复杂度并不比同类方案大。QHFM的良好性能表明，不仅在硬币运算符上不同，而且在内存长度上也不同的量子行走可以组合起来构建良好的哈希函数，这反过来又丰富了受控交替量子行走的构建。
Overview of Quantum Memory Protection and Adiabaticity Induction by Fast-Signal Control
量子存储器或信息处理设备受到来自其周围环境的干扰，或者由于其与其他系统的接触而不可避免地泄漏。为了解决这些问题，已经提出了几种用于量子存储器或存储的控制协议。其中，基于外脉冲序列的快速信号控制或动态解耦是抑制退相干、防止目标系统泄漏或扩散的有效方法。本文综述了该协议在非马尔可夫耗散噪声下保护量子存储器和在有限速度绝热通道上保持系统无泄漏等方面的应用。我们分析了泄漏和控制微扰和非微扰动力学方程，包括二阶主方程，量子态扩散方程，和一个组件的主方程Feshbach PQ-分割技术。事实证明，快速调制信号控制的质量对所施加的脉冲序列的配置不敏感。具体地，只要控制序列能够有效地将系统移位到浴截止频率之外，退相干和泄漏将被极大地抑制，几乎与控制序列的细节无关，控制序列可以是理想脉冲、规则矩形脉冲、随机脉冲甚至噪声脉冲。
Spin Wave Diffraction Control and Read-out with a Quantum Memory for Light
本文提出了一种控制和读出衍射自旋波到传播光场的方案。衍射是通过正弦变化的光的位移和理想的一对一的映射光实现使用梯度回波量子存储器。我们还表明，衍射自旋波的空间顺序的动态控制可以实现具有高的时间带宽产品的时间模式的量子脉冲序列发生器。完整的数值解表明，共同传播和counterpropagating光移的几何形状可以使用，使建议适用于热和冷原子蒸气以及固态系统的两个层次的原子。
Multivariate quantum memory as controllable delayed multiport beamsplitter
并行空间多模量子光存储器的可寻址性允许人们在同一冷原子系综内控制独立的集体自旋波。一般来说，存在存储器的横向和纵向自由度，可以通过适当选择泵浦（控制）场空间图案来解决。在这里，我们集中讨论了基于腔的存储方案中集体自旋相干纵模的量子态的相互演化和转换。我们假设，这些模式是相干控制的按需横向配置文件的泵浦波，也就是说，由波的方向上传播的叠加，接近正交的腔轴。通过写入，这允许将输入量化信号的时间序列耦合到给定的正交自旋波叠加集。通过读出，可以恢复集体自旋波的量子态，其是初始自旋波的可控叠加并且根据需要耦合到输出信号序列。在一般情况下，存储器能够作为可控延迟多端口分束器操作，能够变换序列中的信号的延迟、持续时间和时间形状。我们详细阐述了空间多变量腔非共振拉曼型量子存储器的光-物质界面理论。由于为了加快复杂的信号在多变量存储器中的操作，它可能是感兴趣的存储相对较短的光脉冲的给定的时间形状，我们还解决了一些问题的基于腔的存储器操作超出坏腔的限制。
Controlled rephasing of single collective spin excitations in a cold atomic quantum memory
我们证明了主动控制的非均匀退相和重定相的单集体原子自旋激发（自旋波）的自发拉曼散射的量子存储器的基础上冷$^{87}$ Rb原子。控制提供了一个可逆的外部磁场梯度诱导原子超精细能级的非均匀加宽。我们的实验表明，主动重定相保留了单光子性质的检索光子。最后，我们表明，控制的不均匀的退相，使时间分离的自旋波在一个单一的合奏，其次是选择性读出的时间。这是实现功能性时间复用量子中继器节点的重要一步。
Collective atom phase controls in photon echoes for quantum memory applications I: Population inversion removal
过去十年在稀土掺杂固体中展示的基于光子回波的量子存储器通过使用集体原子相位控制解决了传统光子回波中布居数反转的主要限制。原子频率梳和梯度回波也在更高的回波效率方面取得了突破，而传统的光子回波效率仍然保持在百分之几。并讨论了集体原子相位控制应用于传统的光子回波量子存储器的应用，以澄清基本物理的相干瞬态在一个三能级系统，特别是光学-受控双重定相回波中的自旋相干转换。分析了各种协议中存在的一些关键性误解，并在没有粒子数反转的情况下，对接近单位回波效率进行了修正。
Robust dynamical decoupling for quantum computing and quantum memory
动态去耦（DD）是一种用于保护量子位不受环境影响的流行技术。然而，除非特别小心，在这种技术中使用的控制脉冲的实验误差可以破坏的量子信息，而不是保存it.Here，我们调查的技术，使DD序列对不同类型的实验误差鲁棒性，同时保持良好的去耦效率在波动的环境。我们给出了固态核自旋量子比特的实验数据，并介绍了一种新的适合于量子计算和量子存储的DD序列。
COMPAQT: Compressed Waveform Memory Architecture for Scalable Qubit Control
在超导体系结构上，量子比特的状态是通过使用微波脉冲来操纵的。通常，脉冲存储在波形存储器中，然后流到数模转换器（DAC）以合成门操作。波形存储器需要每秒数十千兆字节的带宽来操纵量子位。不幸的是，所需的存储器带宽随着量子比特的数量线性增长。因此，带宽需求限制了我们可以同时控制的量子位的数量。例如，在当前基于RFSoC的量子位控制平台上，我们可以控制不到40个量子位。此外，低温ASIC控制器的高存储器带宽被设计为在严格的功率预算内操作，这转化为显著的功率耗散，从而限制了可扩展性。在本文中，我们表明，波形是高度可压缩的，我们利用这一属性，使一个可扩展的和高效的微架构COMPAQT -压缩波形存储器结构的量子位控制。波形存储器是只读的，COMPAQT利用这一点在编译时压缩波形，并将压缩波形存储在片内存储器中。为了生成脉冲，COMPAQT在运行时解压缩波形，然后将解压缩的波形流传输到DAC。使用硬件高效的离散余弦变换，COMPAQT可以实现波形存储器带宽平均增加5倍，这可以使RFSoC设置中控制的量子位总数增加5倍。此外，用于低温CMOS ASIC控制器的COMPAQT微架构可以使功耗比未压缩基准降低2.5倍。我们还提出了一种自适应压缩方案，以进一步降低解压缩引擎所消耗的功率，从而实现高达4倍的功耗降低。尽管使用有损压缩方案，但使用COMPAQT时，保真度下降不到0.1%。
Reducing Memory Requirements of Quantum Optimal Control
量子最优控制问题通常由基于梯度的算法（如GRAPE）解决，这些算法会随着量子比特数量的增加而遭受存储量的指数增长，并且随着时间步长数量的增加而遭受存储器需求的线性增长。这些内存要求是模拟大型模型或长时间跨度的障碍。我们已经创建了一个非标准的自动微分技术，可以计算梯度所需的GRAPE利用一个酉矩阵的逆是它的共轭转置。我们的方法显着降低了内存需求的GRAPE，在一个合理的重新计算量的成本。我们目前的基准测试结果的基础上，在JAX的实现。
Taking gradients through experiments: LSTMs and memory proximal policy optimization for black-box quantum control
在这项工作中，我们介绍了黑盒量子控制的应用程序作为一个有趣的再学习问题的机器学习社区。我们分析了量子物理中出现的强化学习问题的结构，并认为通过随机策略梯度训练的长短期记忆（LSTM）网络参数化的代理产生了解决这些问题的通用方法。在这种情况下，我们介绍了一个变种的邻近策略优化（PPO）算法称为内存邻近策略优化（MPPO），这是基于这种分析。然后，我们将展示如何将其应用于特定的学习任务，并给出数值实验的结果，表明我们的方法在具有离散和连续控制参数的量子控制中的几个学习任务中实现了最先进的结果。
Robust inference of memory structure for efficient quantum modelling of stochastic processes
越来越多的工作已经建立了随机过程的建模，作为量子技术应用的一个有前途的领域;已经表明，量子模型能够复制随机过程的未来统计，同时保留比任何经典模型都要少的关于过去的信息-即使是纯粹的经典过程。这种记忆效率高的模型开辟了一条潜在的未来路线，可以比以往任何时候都更详细地研究复杂系统，并为我们的动力学结构概念带来深远的影响。然而，到目前为止，用于构建这些量子模型的方法是基于具有最佳经典模型的先验知识。在这里，我们介绍了一种用于量子模型的存储器结构的盲推断的协议-专门利用量子特征-直接从时间序列数据，在此过程中突出了其结构对噪声的鲁棒性。这反过来又提供了一种方法来构建随机过程的存储器高效的量子模型，同时避免了某些缺点，这些缺点仅表现为经典推理协议中的经典信息处理的结果。
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