Implementing a Universal Gate Set on a Logical Qubit Encoded in an Oscillator
逻辑量子比特是更高维系统的二维子空间，其被选择为使得可以检测和校正某些错误的发生。编码信息的操纵通常需要对整个系统进行任意和精确的控制。无论是基于多个物理量子位还是更大维度的模式（如振荡器），现实设备中的各个元件总是会有剩余的相互作用，在设计逻辑运算时必须考虑这些相互作用。在这里，我们展示了一个整体的控制策略，利用精确的知识的哈密顿操纵耦合的transmon系统。我们使用这种方法来实现高保真度（99%，推断），消相干有限的操作上的逻辑量子比特编码在超导腔谐振器使用四分量猫状态。我们的结果显示了应用数值技术控制线性振荡器的力量，并为利用它们的大希尔伯特空间作为量子信息处理的资源铺平了道路。
2016-08-08 quant-ph
Quantum error correction of a qubit encoded in grid states of an oscillator
量子比特在非局部编码时对噪声更鲁棒。在这种编码中，影响底层物理系统的错误可以在它们破坏编码信息之前被检测和纠正。在2001年，Gottesman，Kitaev and Preskill（GKP）提出了一个这样的量子比特的硬件有效实例，它在单个振荡器的相空间中离域。然而，实现在保留编码信息的同时揭示振荡器的错误综合征的测量已被实验证明具有挑战性：迄今为止唯一的实现依赖于后选择，这与量子纠错（QEC）不兼容。我们的实验的新颖之处恰恰在于它实现了超导微波腔的这些非破坏性误差综合征测量。我们设计并实现了一个原始的反馈协议，将这样的测量准备正方形和六边形的GKP代码状态。然后，我们展示了一个编码的量子比特的QEC与前所未有的抑制所有逻辑错误，在定量协议与理论估计的基础上测得的不完善的实验。我们的协议是适用于其他连续变量系统，并与以前的实现QEC相比，可以减轻各种各样的噪声过程产生的所有逻辑错误，并打开一条通往容错量子计算的道路。
2020-03-23 quant-ph
Nonperturbative leakage elimination for a logical qubit encoded in a mechanical oscillator
在实现普适量子计算的过程中，连续变量系统正受到越来越多的关注。最近的几个实验已经显示了使用CV系统的可行性，例如，将量子位编码到捕获离子机械振荡器中并执行逻辑门[Nature 566，513-517（2019）]。重要的下一个步骤是保护编码的量子比特免受量子退相干，例如，由于机械振荡器与其环境之间的相互作用而产生的运动退相干。在这里，我们提出了一个计划，以抑制用于编码量子比特的单模谐振子的量子退相干，通过引入一个非微扰泄漏消除算子（LEO）专门为此目的而设计的。值得注意的是，我们的非微扰LEO可以用来解析推导精确的运动方程，而无需近似。它还使我们能够证明，这些LEO的有效性只取决于在时域中的脉冲序列的积分，而脉冲形状的细节并没有作出显着的差异时，选择适当的时间段。这种控制方法可以应用于任意温度和任意体系-浴耦合强度的体系，这使得它对一般的开放量子系统非常有用。
2020-08-23 quant-ph
Preparing macroscopic mechanical quantum superpositions via photon detection
本文提出了一种在脉冲腔光学力学中产生宏观机械谐振腔薛定谔猫态的可行方案。首先将机械振子冷却到其基态，然后用不同功率的红、蓝脉冲同时驱动腔实现压缩力学态。随后，利用第二红色脉冲来产生宏观力学量子叠加，条件是检测腔输出光子。最后，在被存储在谐振器中一段时间后，机械状态被映射，与第三红色脉冲，用于状态验证的腔输出场。我们的方法是通用的，也可以用来产生其他类型的非高斯力学状态，如光催化非经典状态。
2019-10-10 quant-ph
Fidelity of Fock-state-encoded qubits subjected to continuous variable Gaussian processes
当谐振子受到线性阻尼、参量增益和与热环境的线性耦合等高斯过程的影响时，其相干态被变换为具有高斯Wigner函数的态。量子比特状态可以被编码在|0>和|1>量子谐振子的Fock态，并且它与知道在对谐振子进行高斯过程之后输出量子比特态的保真度有关。在本文中，我们提出了一个一般的表达式的平均量子比特保真度的输入相干态的输出的第一和第二的时刻受到高斯过程。
2013-12-12 quant-ph
Preparing Greenberger-Horne-Zeilinger state on ground levels of neutral atoms
提出一种基于里德伯原子系统、利用非共振驱动场和非绝热路径制备GHZ态的可扩展协议，可在N-1步内生成N量子比特纠缠态，且对噪声和系统偏差具有鲁棒性。
2025-08-05 quant-ph
Preparing arbitrary pure states of spatial qudits with a single phase-only spatial light modulator
空间量子是D维（$D\geq 2$）量子系统，携带的信息编码在离散的横向动量和单光子的位置。我们提出了一个证明的原理演示的方法，通过使用一个单一的相位空间光调制器（SLM）制备任意纯态的系统。该方法依赖于将对应于给定空间量子状态的复透射函数编码到在SLM处寻址的仅相位光栅函数的预设衍射级上。用这种方法制备的样品的保真度在94%以上，它比那些需要两个SLM用于相同目的的方法更简单，成本更低，更有效。
2013-11-17 physics.optics quant-ph
Preparation of conditionally-squeezed states in qubit-oscillator systems
Norwegian National Security Authority（挪威国家安全局）；University of South-Eastern Norway（挪威东南大学）
本文提出在量子谐振子系统中制备条件性压缩态的协议，并探讨其在量子纠错码中的应用及退相干下的鲁棒性。
2025-04-02 quant-ph
Optimal deterministic remote state preparation via a non-maximally entangled channel without additional quantum resources
本文提出一种利用非最大纠缠信道且不消耗额外量子资源的远程态制备协议，将d维量子态制备成功概率提升至1，并设计实验方案，为应对量子通信中的退相干和噪声提供了有效方法。
2022-06-29 quant-ph
Superadiabatic thermalization of a quantum oscillator by engineered dephasing
快速非绝热控制协议被称为绝热性的捷径，已经找到了大量的应用，但它们的使用严重限于加速孤立量子系统的动力学。我们介绍了开放量子过程的捷径，使非幺正过程中高斯态的快速控制成为可能。具体来说，我们提供的陷阱频率和失相强度，允许在有限的时间内准备一个任意的热态的时间调制。可以通过随机参数驱动或连续测量来进行实验性实施，在各种平台上都可以轻松访问。
2020-07-17 quant-ph
Deterministic and Entanglement-Efficient Preparation of Amplitude-Encoded Quantum Registers
量子计算有望为某些类别的问题提供指数级的加速。在许多这样的算法中，经典矢量$\mathbf{b}$被编码在量子态$\left |b \right >$的振幅中。然而，有效地制备$\left |b \right >$已知是一个困难的问题，因为$Q$量子位的任意状态通常需要大约$2^Q$纠缠门，这导致在当今的噪声中间尺度量子（NISQ）计算机上的显著退相干。我们提出了一个确定性（非变分）算法，允许一个灵活地减少所需的量子资源的纠缠有效的方式状态准备。虽然这是以降低理论保真度为代价的，但由于退相干的降低，目前NISQ计算机上的实际保真度实际上可能更高。我们表明，这是真实的各种情况下的利益，如正常和对数正态分布。对于低纠缠态，我们的算法可以制备的纠缠门比等距分解少一个数量级。
2022-08-09 quant-ph
Spatially Encoded Pseudo-Pure States for NMR Quantum Information Processing
通过液态NMR光谱的量子信息处理使用伪纯态来模拟真实纯态的演化和观察。本文介绍了一种制备赝纯态的新方法，它涉及到选择与感兴趣的自旋系统相关的辅助自旋的空间标记态。这允许一个一般的程序，以准备任何数量的自旋的伪纯态，所施加的限制，从选定的子系综的信号的损失。通过13 C标记的丙氨酸的碳和质子核磁共振证明了单一伪纯态的制备。通过明智地选择磁场梯度，该方法还允许在N+1自旋系统中以独立的空间模式编码高达2^N个伪纯态。快速编码和解码方案的准备，这样的空间标记的伪纯态。
2000-05-17 quant-ph
Fault-Tolerant Postselected Quantum Computation: Schemes
后选择量子计算与常规量子计算的区别在于，仅当测量结果满足预定条件时才接受输出。输出必须以非零概率被接受。提出了用噪声门实现后选择量子计算的方法。这些方法是基于错误检测码。在没有检测到错误的情况下，预期可以使编码计算任意精确。虽然成功的编码计算的概率显着降低精度，它是可能的应用所提出的方法准备任意稳定器状态的问题，在大型纠错码与本地残留错误。与远距传送纠错一起，这可以提高非后选量子计算的容错性。
2004-02-23 quant-ph
Interoperability in encoded quantum repeater networks
量子中继器网络的未来将需要各种纠错码之间的互操作性。一些特定的代码转换，甚至一个通用的方法是已知的，但是，没有在量子网络的背景下对这些技术进行详细的分析。在本文中，我们分析了一个广义的过程，以创建贝尔对编码的两个单独的代码之间的异质性，经常使用的纠错量子中继器网络的设计。我们从一个物理贝尔对开始，然后用不同的纠错码对每个量子比特进行编码，使用纠缠纯化来提高保真度。我们调查了三个不同的协议，用于制备纯化的编码贝尔对。在标准的Pauli误差模型下，通过蒙特卡罗模拟计算了Steane [[7，1，3]]码、距离三表面码和单物理量子比特方案的误差概率，并估计了方案的资源效率.本地门错误率为$10^{-3}$，允许我们在任何所选代码之间创建高保真逻辑贝尔对。我们发现，一个postselected模型，其中任何检测到的奇偶校验翻转代码稳定器的结果重新启动的协议，执行最好的。
2015-08-19 quant-ph
Creating multicomponent Schrödinger cat states in a coupled qubit-oscillator system
Institute of Particle and Nuclear Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University（查理大学数学物理学院粒子与核物理研究所）
通过耦合 semiclassical 振子与量子比特系统，研究如何制备各种薛定谔猫态的变种，利用量子淬火和自旋测量实现振子的相干叠加态。
2026-03-31 quant-ph
Accurate Qubit Control with Single Flux Quantum Pulses
我们描述了谐振子和量子比特模式的相干操纵使用谐振链的单通量量子脉冲在微波的地方。我们表明，获得的脉冲到脉冲的间隔等于周期的振荡器的相干旋转。我们考虑了一个制备亮和暗谐振子指针态的方案。接下来，我们分析一个两态量子比特系统的旋转。我们计算了由于单通量量子脉冲的定时抖动和由于量子比特的弱非谐性而引起的门误差。我们表明，超过99.9%的门的结晶度是可以实现的序列长度为20纳秒。
2014-08-02 quant-ph
An optimal dissipative encoder for the toric code
我们考虑的问题，准备特定的编码资源状态的环面代码的本地，时间无关的相互作用与无记忆的环境。我们提出了这样一个耗散编码器的建设，将产品状态的拓扑有序的，同时保持逻辑信息。相应的Liouvillian由四个局部Lindblad算子组成。对于大小为$L\times L$的量子比特晶格，我们证明了这个过程在时间上准备了编码状态$O(L)$，这是最优的。这种缩放与用于复曲面码的已知局部酉编码器相比是有利的，复曲面码需要$Ω(L^2)$阶的时间并且需要主动的时间相关控制。
2014-02-20 quant-ph
Combined feedback and sympathetic cooling of a mechanical oscillator coupled to ultracold atoms
一个有前途的新量子技术的路线是混合量子系统，它结合了几个单独的量子系统的优点。我们已经实现了一个混合的原子力学实验组成的SiN膜振荡器低温预冷到500 mK和光学耦合到一个云的激光冷却Rb原子。在这里，我们展示了振荡器的主动反馈冷却到n = 16的最小模式占用对应于模式温度T = 200 μK。此外，我们详细描述了耦合膜的原子通过交感冷却。通过同时应用这两种冷却方法，我们证明了在运动基态附近制备与原子耦合的振子的可能性。我们的设置的现实修改将能够创建一个基态的混合量子系统，这打开了大门，相干量子态传输，隐形传态和纠缠以及量子增强传感应用。
2018-06-13 quant-ph
Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator
量子系统与其环境的相互作用，即使是如此轻微，也不管多么小心地将其隔离，结果，量子比特（qubit）会发生错误，给适合量子计算的硬件带来令人生畏的困难限制。新的策略正在出现，通过在物理系统的相空间中对量子比特进行非本地编码来规避这个问题。由于退相干的大多数来源是由于局部波动，基本的承诺是指数抑制误差增加这种非局部性的措施。突出的例子是拓扑量子比特，其在真实空间上使量子信息离域，并且其中空间范围测量非定域性。在这项工作中，我们编码的场正交空间的超导谐振器赋予了一个特殊的机制，耗散光子对量子比特。这个过程将两个计算状态固定在相空间中的不同位置。当我们增加这种分离时，我们测量到比特翻转率的指数下降，而相位翻转率仅线性增加。由于位翻转在单个量子位水平上被连续地且自主地校正，因此仅相位翻转被留下经由一维量子纠错码来校正。这种指数缩放表明，具有非线性耗散的谐振器是通用容错量子计算的有前途的构建模块，大大降低了硬件开销。
2019-07-26 quant-ph
Arbitrary state preparation in quantum harmonic oscillators using neural networks
Universidad Nacional de Colombia（哥伦比亚国立大学）；D-Wave Systems（D-Wave系统公司）
提出一种基于神经网络的方法，通过驱动与辅助量子比特耦合的量子谐振子，直接生成控制参数以制备任意量子态，无需逐实例优化，实现了高保真度制备。
2026-06-29 physics.optics quant-ph
Painting Non-Classical States of Spin or Motion with Shaped Single Photons
我们提出了一个利用单光子产生自旋或运动宏观叠加态的方案。对光子的波包进行整形使得即使在存在光子损失的情况下也能够高保真地制备物质的非经典状态。光电探测预示着成功，使该计划能够在弱相干场的情况下实施。我们分析应用程序准备薛定谔猫态的集体原子自旋或耦合到光学谐振器的机械振荡器。该方法推广到准备任意叠加的相干态，使完全量子控制。我们说明了这种多功能性，显示如何准备迪克或福克国家，以及叠加在迪克或福克的基础。
2018-06-25 quant-ph
Continuous feedback protocols for cooling and trapping a quantum harmonic oscillator
本文基于量子Fokker-Planck主方程（QFPME）研究连续弱测量下的反馈冷却方案，分析了基于位置和/或动量测量的多种协议对谐振子的冷却与俘获效果，发现合适参数下可使其冷却至基态或接近基态，为量子测量与反馈提供了可解案例。
2024-04-29 quant-ph
Propagating Gottesman-Kitaev-Preskill states encoded in an optical oscillator
本研究首次在电信波长的传播光中实现了GKP态，并在无损耗校正下完成零差测量，展现了其在室温下的非经典性及与光纤和5G技术的高度兼容性，为大规模量子计算和互连提供了新途径。
2023-09-05 quant-ph
A high on-off ratio beamsplitter interaction for gates on bosonically encoded qubits
针对超导微波腔玻色编码量子比特的控制难题，提出利用三波混频构造高开关比、低退相干的可编程分束器相互作用，实现快速双模式门操作，并成功演示混合受控SWAP门和95.5%保真度的贝尔态制备。
2023-07-02 quant-ph
Nontraditional Deterministic Remote State Preparation Using a Non-Maximally Entangled Channel without Additional Quantum Resources
本文提出一种基于非最大纠缠信道的非传统确定性远程态制备协议，借助辅助粒子和简单测量将d维量子态制备成功概率提升至1，无需额外量子资源，并设计了偏振编码光子传输实验方案以应对退相干与噪声。
2023-05-12 quant-ph
Engineering continuous-variable entanglement in mechanical oscillators with optimal control
本文针对囚禁离子机械振荡器的连续变量纠缠制备问题，提出基于激光相互作用动态相位调制的最优量子控制策略，成功制备TMSV态并验证纠缠，还可制备非高斯纠缠态，方法具备灵活性。
2025-11-16 quant-ph
Superbroadcasting of harmonic oscillators mixed states
我们考虑的问题，广播量子信息编码的位移参数的谐振子，从N到M>N个副本的热态。我们展示了Weyl-Heisenberg协变广播映射，最佳地减少了热光子数，我们证明了它最大限度地减少了一般输入状态输出的共轭求积噪声。我们发现，从两个输入副本广播是可行的，同时净化（超级广播）的可能性。
2006-09-06 quant-ph
Stabilization of finite-energy grid states of a quantum harmonic oscillator by reservoir engineering with two dissipation channels
Laboratoire de Physique de l’Ecole normale supérieure, Mines Paris-PSL, Inria, ENS-PSL, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université（巴黎高等师范学院物理实验室、巴黎矿业学院、法国国家信息与自动化研究所、巴黎文理研究大学、法国国家科学研究中心、索邦大学）；Institut Quantique and Département de Physique, Université de Sherbrooke（谢布罗克大学量子研究所和物理系）
本文提出并分析了一个实验可行的主方程，用于稳定GKP引入的周期网格态，适用于量子纠错和量子计量，通过参数修改可制备计量学感兴趣的稳态态。
2026-04-15 math.OC quant-ph
Loss-tolerant all-photonic quantum repeater with generalized Shor code
全光子量子中继器（APQR）是实现长距离量子通信的一种很有前途的中继器方案。对于一个实用的APQR，一个不可或缺的要求是对光子损失的中继器图形状态（RGS）的鲁棒性。我们提出了一种新的丢失容忍方案，通过应用广义Shor码的RGS，这可以用现有的技术进行实验证明。在实验中，我们首先准备和验证九量子位Shor代码。然后，将广义Shor码应用于APQR，并基于Shor码的状态构造了一种结构为$1\times2$的简化编码RGS，分别验证了本文提出的容错方案的有效性和编码RGS的容错性。我们的结果为实现实用的APQR码迈出了重要的一步，丰富了量子纠错码的研究。
2022-03-15 quant-ph
Quantum Encodings in Spin Systems and Harmonic Oscillators
我们表明，更高维版本的量子位，或qudits，可以编码到自旋系统和谐振子，量子计算产生重要的优势。虽然基于量子位的量子计算足以分析量子与经典计算，但在实践中，量子位通常在高维系统中通过截断除两个级别之外的所有级别来实现，从而减少宝贵的希尔伯特空间的大小。我们为通用量子计算开发自然量子门，并利用整个可访问的希尔伯特空间。在数学上，我们给出了广义泡利群在耦合自旋系统和谐振子中的量子比特的表示，并包括量子比特和无限维极限的分析。
2002-05-06 quant-ph
Negativity-Mutual Information conversion and coherence in two-coupled harmonic oscillators
量子信息是量子物理学许多领域的共同研究课题，如量子通信和量子计算，以及量子热力学。它可以被编码在离散或连续变量系统中，用适当的形式主义来处理它，通常取决于所选择的量子系统。对于连续变量系统，采用准概率函数来表示量子态和非经典签名是方便的。维格纳函数是一种特殊的准概率函数，因为它允许在相空间中描述与经典系统非常相似的量子系统。在这项工作中，我们考虑一些信息方面的两个模式连续变量系统。特别是，我们说明了如何互信息可能是有用的两个国家之间的非高斯属性转移。此外，当系统耦合到热库，但也与一个额外的单模高斯态的相干性进行了研究。我们的结果可能是，在原则上，研究在捕获的离子设置，其中的双模系统可以被编码的离子的振动模式。
2020-10-28 quant-ph
Einstein-Podolsky-Rosen correlations between mechanical oscillators revealed through SU(1,1) interferometry
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
利用超导量子比特与机械振子耦合，通过参数驱动实现双模压缩相互作用，并构建机械SU(1,1)干涉仪，首次在宏观机械振子中观测到强于纠缠的连续变量EPR关联。
2026-06-17 quant-ph
Universal programmable photonic architecture for quantum information processing
提出了一种可制备任意量子态和算符的量子可编程门阵列（QPGA）的光子集成电路结构。该体系结构由相位调制马赫-曾德尔干涉仪和嵌入式量子发射器组成，马赫-曾德尔干涉仪在路径编码的光子量子比特上执行旋转，嵌入式量子发射器使用双光子散射过程来实现相邻量子比特之间的确定性受控$σ_z$操作。通过适当地设置晶格内的相移，该器件可以被编程为实现任何量子线路而无需硬件修改。我们提供的算法，准确地准备任意的量子态和运营商的设备上，我们表明，基于梯度的优化可以训练一个模拟的QPGA自动实现高度紧凑的近似重要的量子线路与近统一的保真度。
2019-10-22 physics.optics quant-ph
Work and information from thermal states after subtraction of energy quanta
在热平衡条件下制备的量子振荡器可以用来做功和传递信息。通过对单个振荡器的强烈冷却，其热能确定性地消散到较冷的环境中，并且振荡器实质上减小了其熵。这种非平衡态允许我们做功并携带信息。在这里，我们提出并实验证明了一种先进的方法，有条件地准备更有效的平衡平衡态，只有弱耗散，一个低效的量子测量的耗散热能，和随后的触发状态。尽管它有条件地从振荡器中减去能量量子，但平均能量会增加，并且二阶关联函数在相干外部驱动下接近1。另一方面，Fano因子保持不变，减去状态的熵增加，这引起了对这种方法的可能应用的怀疑。为了解决这个问题，我们预测和实验验证，在这种情况下，可用的工作和传输的信息可以有条件地高于任意冷却或足够的热加热到相同的平均能量。它使条件过程成为量子信息和热力学实验的有用来源。
2018-01-19 quant-ph
Quantum Sensing using Geometrical Phase in Qubit-Oscillator Systems
利用量子比特-振子系统中的几何相位实现超越标准量子极限的高灵敏度量子传感
2026-10-27 quant-ph
Measurement and control of a mechanical oscillator at its thermal decoherence rate
在实时量子反馈协议中，连续测量的记录用于稳定期望的量子态。近年来，在各种隔离良好的微系统中，包括微波光子和超导量子比特，都有非常成功的应用。相比之下，稳定一个有形的大质量物体（如纳米机械振荡器）的量子态的能力仍然是一个困难的挑战：主要障碍是环境退相干，这对测量状态的时间尺度提出了严格的要求。在这里，我们描述了一个位置传感器，能够解决的零点运动的固态，nanomechanical振荡器在其热退相干的时间尺度，准备其基态使用反馈的关键要求。该传感器是基于腔光机械耦合，并实现了测量的振荡器的位移与不精确度低于40分贝，在标准的量子极限，同时保持一个不精确的反作用产品的海森堡不确定性限制的5倍内。使用测量作为误差信号和辐射压力作为致动器，我们证明了4.3 MHz振荡器从4.4 K的低温浴温度到1.1 $\pm$ 0.1 mK的有效值的主动反馈冷却（冷阻尼），对应于5.3 $\pm$ 0.6的平均声子数（即，基态概率为16%）。我们的研究结果为线性位置传感器的性能设定了一个新的基准，并标志着工程机械振荡器的出现，成为基于测量的量子控制的实际对象。
2014-12-12 quant-ph
Cavity State Manipulation Using Photon-Number Selective Phase Gates
大的可用希尔伯特空间和腔谐振器的高相干性使这些系统成为存储编码量子比特的有趣资源。然而，为了对该编码信息执行量子门，必须同时对振荡器的多个电平应用复杂的非线性操作。在这项工作中，我们介绍了选择性依赖于数字的任意相位（SNAP）门，它赋予不同的相位，每个Fock状态组件使用非共振耦合量子位。我们表明，SNAP门允许控制的量子相位校正不必要的相位演化由于克尔效应。此外，通过将SNAP门与振子位移相结合，我们获得了高保真度的单光子Fock态。仅仅使用这两个控件，就可以构建任意的酉操作，为在编码器编码的量子位上执行逻辑操作提供了一条可扩展的路径。
2015-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Qubit-oscillator-based gate implementations for approximate Gottesman-Kitaev-Preskill codes
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文提出用两个振荡器和三个量子比特为近似Gottesman-Kitaev-Preskill码实现逻辑门，证明其误差在大压缩极限下趋于零，并克服了传统高斯实现在无噪声时仍有恒定误差的缺陷。
2025-09-19 quant-ph
Robust suppression of noise propagation in GKP error-correction
针对GKP量子比特纠错中辅助物理量子比特噪声传播问题，提出双振荡器加物理量子比特模块，通过优化协议参数实现传播错误的指数抑制，为容错量子计算扫清关键障碍。
2023-09-19 quant-ph
Quantum State Reconstruction of an Oscillator Network in an Optomechanical Setting
介绍了一种重建机械振子网络任意量子态的方案。我们假设网络中的单个元件通过线性化的光机相互作用耦合到腔场，其时间依赖性由经典驱动场控制。通过设计一个合适的相互作用的配置文件，我们展示了如何在腔场，然后可以测量的任意机械正交的统计可以被编码。我们讨论了高斯态重构的重要特例，并数值研究了我们的计划的有效性有限数量的测量。最后，我们推测可能的路线，以扩大我们的想法，单光子光学力学制度。
2016-11-07 quant-ph
Slowing quantum decoherence of oscillators by hybrid processing
将量子信息编码到相干态的叠加态中是宏观量子相干性实际应用的一个典型代表。然而，这些状态对能量损失非常敏感，非常迅速地失去其非经典方面的相干性。一个可用的确定性策略来减缓这个退相干过程是应用高斯压缩变换之前的损失作为保护步骤。在这里，我们提出了一个确定性的混合保护方案，利用强大的，但可行的相互作用与两级免疫自发发射的ancillas。我们验证了该方案对量子位辅助失相的鲁棒性。我们的方案适用于多个振子中相干态的复杂叠加，值得注意的是，随着相干态振幅的增加，对损失的鲁棒性增强。这个方案可以在原子、固态系统和超导电路的实验中实现。
2021-06-14 quant-ph
All-optical generation of states for "Encoding a qubit in an oscillator"
离散和连续系统都可以用来编码量子信息。大多数量子计算方案提出在二能级系统中编码量子比特，例如二能级原子或电子自旋。另一些则利用无限维系统，如谐振子。在“Encoding a qubit in an oscillator”[Phys. Rev. A 64 012310（2001）]中，Gottesman、Kitaev和Preskill（GKP）结合了这些方法，提出了一种容错量子计算方案，其中qubit被编码在振荡器的连续位置和动量自由度中。该方案的一个优点是它可以通过使用相对简单的线性光学器件、压缩和零差检测来执行。然而，我们缺乏一个实用的方法来准备初始GKP状态。在这里，我们提出了一个近似的GKP状态的产生，使用叠加的光学相干态（有时称为“薛定谔猫态”），压缩，线性光学器件，和零差检测。
2010-05-31 quant-ph
Robust phase metrology with hybrid quantum interferometers against particle losses
提出自旋-振子混合量子干涉仪，通过解纠缠操作将参数信息转移至自旋自由度，实现对粒子损失鲁棒的高精度相位测量，超越标准量子极限。
2023-03-12 quant-ph
Encoding a qubit in an oscillator
量子纠错码的构造是在由连续量子变量描述的系统的无限维希尔伯特空间中嵌入有限维码空间。这些代码利用相空间的非对易几何来防止正则变量q和p的值发生偏移的错误。在量子光学的设置中，可以使用线性光学操作、压缩、零差检测和光子计数在受保护的代码子空间上执行容错通用量子计算;然而，编码状态的准备需要非线性模式耦合。可以构造这些代码的一维版本，以保护编码的量子信息免受d态系统的振幅或相位的偏移。连续变量码可以用来建立高斯量子信道量子容量的下界。
2001-05-13 hep-th quant-ph
Encoding qubits into oscillators with atomic ensembles and squeezed light
振荡器内的量子位的Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）编码在用于量子计算的容错架构中使用时提供了许多优点，最值得注意的是高斯运算足以实现所有单量子位和双量子位Clifford门。编码的主要缺点是逻辑状态本身很难产生。在这里，我们提出了一种方法，用于产生光学GKP编码的量子比特耦合原子系综压缩态的光。系综的后续自旋测量的特定结果预示着在光学模式中资源状态的成功产生。我们分析的方法所需的资源（总自旋和挤压量）和成功的概率。我们提出了一个物理实现使用法拉第为基础的量子非爆破相互作用。
2017-05-08 quant-ph
Quantum signature of a squeezed mechanical oscillator
量子力学的一些预言与日常经验的宏观领域形成对比，特别是那些起源于海森堡不确定原理的预言，这些预言被编码在一些可测量算子的非交换性中。尽管如此，在过去的十年中，光机实验已经实现了表现出这种非经典性质的宏观机械振荡器。一个关键的指标是在电磁场中产生的运动边带的强度的不对称性，该电磁场通过干涉测量振荡器的位置。这种不对称性是振荡器量子运动的足迹，起源于其梯形算符之间的非交换性。在强调宏观系统的量子物理学的道路上的另一个步骤是实现强非经典态，并随后观察到独特的量子行为。在这里，我们确实扩展到压缩状态的宏观机械振荡器嵌入在一个光学腔，产生的参数效应起源于一个适当的组合的光场的分析。的运动边带采取一种特殊的形状，与修改后的系统动力学，与非对称的功能揭示和量化的压缩振子运动的量子分量。
2019-07-11 quant-ph
Quantum Feedback Cooling of a Mechanical Oscillator Using Variational Measurements:Tweaking Heisenberg's Microscope
我们重新审视的问题，准备在其量子力学基态附近的机械振荡器的振荡器位置的连续光学检测的基础上，通过反馈冷却。在与基态冷却相关的参数范围内，光学反作用和不精确噪声设置了可实现冷却的瓶颈，并且必须仔细平衡。这可以通过在零差检测中调整本地振荡器的相位来实现，从而实现所谓的变分测量。精确的位置测量和最小干扰之间的权衡可以用海森堡显微镜来理解，并且当测量和反馈过程恰好在待冷却系统的量子相干性时间内快速时变得特别相关。这对应于大量子协同性$C_{\text{q}}\gtrsim1$，这是在最近的反馈冷却实验中实现的制度。我们的方法提供了一个简单的路径，以进一步推动量子光学力学目前最先进的实验的极限。
2016-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
On fault tolerant single-shot logical state preparation and robust long-range entanglement
针对容错量子计算中逻辑态制备的时间开销问题，推广Raussendorf-Bravyi-Harrington簇态方法，证明任意量子LDPC码可实现单次逻辑态及编码GHZ态制备，揭示自适应噪声恒定深度电路能生成通用鲁棒长程纠缠。
2024-11-07 cond-mat.str-el quant-ph
Linear-optical approach to encoding qubits into harmonic-oscillator modes via quantum walks
本文提出以猫态为量子硬币、借助 MZI 和后选择实现量子行走编码的线性光学方案，可在现有光学与超导电路平台上高保真制备近似 GKP 网格态量子比特。
2025-01-27 quant-ph
Demonstration of an ultracold micro-optomechanical oscillator in a cryogenic cavity
制备和操纵机械谐振器的量子态是一项高度跨学科的工作，现在因其在基础科学和应用科学中的深远潜力而受到极大的兴趣。到目前为止，只有纳米级的机械设备实现了接近量子机制的操作。我们报道了一种新的微光机械谐振腔，激光冷却到30热量子的水平。然而，这相当于最好的纳米机械装置，其质量大四个数量级以上（43 ng对1 pg），环境温度高两个数量级以上（5 K对30 mK）。尽管激光附加冷却因子高达4，000，且处于低温环境中，但我们的冷却性能不受残余吸收效应的限制。这些结果为在量子体系中制备100 μ m尺度的物体铺平了道路。可能的应用范围从量子限制光机械传感设备到量子物理的宏观测试。
2013-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-Gaussian universality and fault tolerance with the Gottesman-Kitaev-Preskill code
振荡器内量子位的Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）编码对于使用玻色子的容错量子计算特别有吸引力，因为对编码的泡利本征态的高斯运算使Clifford量子计算具有纠错。我们表明，将GKP误差校正应用于高斯输入状态，如真空，产生可解释的幻态，实现普适性而无需额外的非高斯元素。容错是可能的充分挤压和足够低的外部噪声。因此，高斯运算对于容错的、通用的量子计算是足够的，给出了GKP编码的泡利本征态的供应。
2019-02-28 quant-ph
Observation of synchronization between two quantum van der Pol oscillators in trapped ions
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Challenge Institute for Quantum Computation, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校量子计算挑战研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)（马德里材料科学研究所）
研究通过设计耗散在混合同位素囚禁离子量子模拟器中实现了两个量子范德波尔振荡器的同步，展示了同步相位无法通过局部测量获得，需联合读取，并探讨其在传感中的应用。
2025-11-18 quant-ph
Non-Abelian Quantum Signal Processing: A Composite Pulse for Fast Analytic Control of Hybrid Oscillator-Qubit Processors
Yale University（耶鲁大学）；Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）
本研究提出非阿贝尔量子信号处理方法，通过GCR序列实现高效控制混合连续-离散变量架构，提升量子计算的保真度与效率。
2026-07-28 quant-ph
Quantum error correction against photon loss using multi-component cat states
我们分析了一个广义的量子纠错码对光子损失的逻辑量子比特被编码到一个子空间的一个单一的振荡器模式，跨越不同的多分量猫态（相干态叠加）。我们提出了一个系统的代码建设，包括现有的单光子损失代码的扩展到更高的损失。当受到光子损失（振幅阻尼）通道时，编码的量子比特表现出循环行为，其中代码和错误空间各自对应于一定的损失倍数，其中一半可以被纠正。作为另一个概括，我们还讨论了如何保护逻辑量子比特免受光子损失，作为一个应用程序，我们考虑了一个单向量子通信方案，其中编码的量子比特定期恢复，而相干态振幅恢复以及在定期的间隔。
2016-05-02 quant-ph
