Superconducting Quantum Computing without Switches
Marc J. Feldman, Xingxiang Zhou
本文提出了一种非常简单的大规模超导量子计算机的结构。所有的SQUID量子位都固定耦合到一个大的超导回路。
This paper presents a very simple architecture for a large-scale superconducting quantum computer. All of the SQUID qubits are fixed-coupled to a single large superconducting loop.
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。
继续探索
Superconducting switch for fast on-chip routing of quantum microwave fields
能够在低温下路由微波信号的开关是应用物理学的许多领域中的最先进实验的期望组件，包括但不限于工程量子系统中的量子信息处理、通信和基础研究。传统的机械开关提供低插入损耗，但通过散热干扰稀释低温恒温器的操作和相关实验。基于半导体或微机电系统的开关具有较低的热预算，但不容易与当前的超导电路集成。在这里，我们设计和测试的片上开关相结合的可调谐传输线谐振器与微波分束器。该装置是超导的，因此耗散的热量可以忽略不计。它与当前的超导电路制造技术兼容，以超过$100\,\mathrm{MHz}$的带宽工作，能够处理$10^{5}\,μ\mathrm{s}^{-1}$量级的光子通量，相当于超过$-90\,\mathrm{dBm}$的功率，并且可以在大约$6-8\,\mathrm{ns}$内切换。我们成功地证明了该设备在量子制度的操作，通过将其集成在一个芯片上的单光子源，并使用它来路由非经典巡回微波场在单光子水平。
Photonic quantum computing with probabilistic single photon sources but without coherent switches
我们提出了光子量子计算架构，可以处理概率（预示）产生的单光子和概率门，而不使用相干开关。唯一需要的动力学元素是在给定模式下所有光子的可控吸收。虽然理论上的架构在通用量子计算所需的资源中以多项式方式扩展，但如所呈现的，它们的开销很大，并且它们是光子方法的配置空间中的说明性极端点，而不是任何人都应该认真追求的配方。然而，他们确实证明了光子量子计算所必需的许多东西实际上并不是。潜在的独立利益可能是，该架构利用具有对应于单个有效量子位状态的许多可能的微状态的量子位，并且用于处理概率操作的技术是，在必要时，仅仅扩大这样的微状态的集合以包含所有可能性，同时大量利用随后的能力来“相干地擦除”给定量子位所处的特定微状态。
A persistent-current-biased and current-actuated switch for superconducting circuits
本文提出了一种基于持久电流偏置和电流驱动的超导开关，通过降低功耗和串扰，提升超导电路量子信息处理的性能。
Tutorial: Gate-based superconducting quantum computing
介绍理解和构建基于门的超导量子计算系统的基本概念元素。
Integrated photonic qubit quantum computing on a superconducting chip
我们研究了一个利用超导芯片上传输线谐振器中的微波光子作为量子比特的量子计算系统。我们表明，量子计算所需的所有控制都可以通过耦合到同一芯片上的约瑟夫森器件来实现，并利用它们固有的强非线性来实现量子比特相互作用。我们分析了门错误率，以证明我们的计划是现实的，即使是有限的退相干时间的约瑟夫森器件。基于现有技术的概念创新解决方案，我们的方案提供了一个集成和可扩展的方法，光子量子位量子计算的下一个关键里程碑。
Superconducting Quantum Computing: A Review
在过去的二十年里，在构建大规模量子计算机方面取得了巨大的进展。特别是基于超导量子比特的量子处理器架构成为可扩展量子计算平台的领先候选者，2019年首次使用53个超导量子比特实现了展示量子霸权的里程碑。在这项工作中，我们提供了一个简短的评论的实验努力，建立一个大规模的超导量子计算机，包括量子比特的设计，量子控制，读出技术，和实现的错误校正和量子算法。除了最新的技术水平，我们最后讨论了未来的前景，我们希望这将激励进一步的研究。
Cryogenic Performance Evaluation of Commercial SP4T Microelectromechanical Switch for Quantum Computing Applications
本文评估了商用MEMS开关在低温（<10 K）下的直流与射频性能，发现其导通电阻、工作电压和射频特性均优于常温，并演示了SP4T切换及NAND/NOR逻辑运算，验证了其用于大规模量子计算低温多路复用器的可行性。
Universal quantum computing with superconducting charge qubits
超导量子线路是构建量子计算机的一种很有前途的系统。利用该系统实现了普适量子计算，包括初态的制备、单量子比特操作、任意量子比特之间的双量子比特普适门操作、多对双量子比特门并行操作、一组量子比特上的并行耦合操作、多组量子比特上的并行耦合操作并行地对多对和多组量子比特进行耦合操作。在现有技术范围内，通用量子计算机由50多个量子位组成，允许通过设计实现操作。
Universal distributed quantum computing on superconducting qutrits with dark photons
本文提出了一种一步确定性地在通过超导传输线连接的不同谐振器上耦合的远程传输量子上构造受控相位门的方案，用于通用的分布式量子计算.与以前在远程超导量子比特上的工作不同，本发明的门是通过在暗光子的辅助下在全谐振状态下整个系统的相干演化来实现的，以抵抗传输线损耗，这使得复杂的长传输线设计成为可能，以连接大量的电路QED。传输线的长度可以达到几米的规模，这使得我们的方案适用于大规模分布式量子计算。这个门是一个快速的量子纠缠操作，保真度约为99%。与其他量子系统中分布式量子计算的工作相比，在全共振状态下，本方案不需要经典脉冲和辅助量子比特，大大降低了实现的难度。
Non-unital noise in a superconducting quantum computer as a computational resource for reservoir computing
本文发现振幅阻尼噪声可增强超导量子计算机上回声状态网络的储层计算性能，理想耗散率约0.03，为容错前量子计算应用提供新途径。
A cryogenic on-chip microwave pulse generator for large-scale superconducting quantum computing
本文提出一种低温片上微波脉冲发生器，由数字信号驱动，在毫开尔文温度下产生可控脉冲微波，实现超导量子比特高保真读出，为大规模超导量子计算提供兼容且低热负载的使能技术。
Hamiltonian quantum computing with superconducting qubits
我们考虑如何使用超导transmon量子比特的2D阵列来实现在[arXiv：1509.01278]中引入的哈密顿量子计算方案。我们展示了该计划如何需要强吸引力的交叉克尔和弱触发器或跳跃相互作用的工程，我们详细说明了如何实现这一点。我们的建议是使用一种新的电路，通过类偶极元件获得transmons之间的吸引交叉克尔耦合。我们讨论和数值分析的前向运动和执行的计算和耦合强度及其变化的依赖。我们扩展[arXiv：1509.01278]，明确展示如何构建直接Toffoli门，从而通过Hadamard和Toffoli门或通过受控Hadamard，Hadamard和CNOT建立计算普适性。
Quantum switches for single-photon routing and entanglement generation in waveguide-based networks
本文提出以色散耦合于传输谐振器的量子比特作为量子开关，结合波包整形控制单光子路由，并给出确定性生成 Bell、GHZ 和 W 等纠缠态的网络协议。
Extensible 3D architecture for superconducting quantum computing
使用多层印刷电路板，我们提出了一种适合于封装超导芯片的3D架构，特别是包含二维量子位阵列的芯片。在我们所提出的架构中，掩埋共面波导的中心带作为接触从介质层的表面突出。由于触点延伸超出电介质层的表面，因此芯片可以简单地被倒装芯片封装，其中芯片上插座附着到触点。利用该方案，我们封装了一个多量子位芯片，并实现了单量子位和双量子位量子门操作。结果表明，这种3D结构为可扩展的量子计算提供了一种很有前途的方案。
Hardware-Efficient Fault Tolerant Quantum Computing with Bosonic Grid States in Superconducting Circuits
本文综述玻色网格态编码，指出利用多模玻色量子比特可在单物理单元层面纠错、降低硬件需求，是超导电路实现MHz级容错门量子计算的最短路径。
Enabling Technologies for Scalable Superconducting Quantum Computing
本文提出关键的量子系统和生态系统发展领域，以加速基于超导电路的量子计算机发展。
A fast and large bandwidth superconducting variable coupler
可变微波频率耦合器是经典通信系统中非常有用的组件，并且可能在量子通信应用中发挥重要作用。传统的基于超导体的微波耦合器已经与超导量子线路一起使用，使得例如能够经由公共读出链对多个设备进行原位测量。然而，半导体元件是有损耗的，并且在切换时消耗能量，使得它们不适合于需要快速、重复切换的低温应用。基于超导约瑟夫森结的耦合器可以被设计为具有快速开关的无耗散操作，并且容易与超导量子线路集成。这些使芯片上，量子相干路由的微波光子，提供了一个有吸引力的替代半导体开关。在这里，我们提出并表征了一种基于芯片的宽带微波可变耦合器，可调谐频率超过4-8 GHz，超过1.5 GHz的瞬时带宽，基于超导量子干涉器件（SQUID）与两个平行的约瑟夫森结。该耦合器无损耗，开关比大于40 dB，耦合变化时间约为10 ns。这里提出的简单设计可以很容易地与超导量子位电路集成，并且可以很容易地推广到实现四端口或更多端口的设备。
A Diagrammatic Approach to Information Transmission in Generalised Switches
量子开关是一种高阶操作，它将两个量子过程作为输入，并将它们组合成两个交替顺序的相干叠加。本文提出了一种基于范畴量子力学的量子开关方法。具体地说，我们表示的量子开关作为一个总和的图表在有限维希尔伯特空间的范畴，或者，等价地，作为一个总和的图表建立从塞林格的CPM建设。图的总和图片提供了直观的经典容量的完全去极化通道（CDPC）的激活，并允许推广到N通道开关。通过推导出计算任意N信道CDPC交换机输出的置换条件，我们证明了在所有可能的项中，与N信道循环置换相关的干扰项是具有最大归一化的信息传输项
Building logical qubits in a superconducting quantum computing system
技术世界正处于量子计算和量子信息革命之中。自从理查德·费曼（Richard Feynman）著名的“底部有足够的空间”演讲以来，暗示了采用量子力学的新型设备的概念，量子信息社区在理解量子计算机的潜在应用方面取得了巨大的进步，并为构建量子计算机奠定了基础。我们相信，下一个重要的步骤将是展示量子存储器，其中相互作用的量子比特系统存储编码的逻辑量子比特状态比合并的部分更长。在这里，我们描述的重要路线走向逻辑存储器与超导量子位，采用旋转版本的表面码。将描述互连超导量子比特网络的技术现状，并确定改善设备的近期重点领域。总的来说，这一令人兴奋的领域的进展令人震惊，但我们正处于一个重要的转折点，将工程解决方案与量子架构考虑相结合至关重要，为不久的将来可扩展的容错量子计算机奠定基础。
Superconducting Circuit Architecture for Digital-Analog Quantum Computing
提出了一种适用于数模量子计算（DAQC）的超导电路结构，该结构基于增强的最近邻相互作用NISQ族。DAQC巧妙地使用了数字步骤（单量子比特旋转）和模拟块（参数化多量子比特操作），以超越数字量子计算算法。我们的设计包括超导量子干涉器件（SQUID）耦合的超导电荷量子比特链。使用磁通量控制，我们可以激活/去激活交换相互作用、双激励/去激励等。作为一个典型的例子，我们提出了一个有效的模拟的$\ell\times h$费米子晶格（与$2<\ell \leq h$），只使用$2(2\ell+1)^2+24$模拟块。所提出的架构设计在当前使用超导电路进行量子计算的实验装置中是可行的，从而以更少的资源为有用的量子优势打开了大门。
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。
Pseudo-2D superconducting quantum computing circuit for the surface code: the proposal and preliminary tests
在众多潜在的硬件平台中，超导量子线路已成为构建可扩展量子计算系统的主要竞争者。所有当前的架构设计都需要具有最近邻相互作用的超导量子比特的2D排列，与使用表面码的强大量子纠错兼容。超导系统可扩展性的一个主要障碍是所谓的布线问题，其中芯片组内部的量子位对于外部控制/读出线变得不可访问。目前的方法诉诸复杂和异国情调的3D布线和封装技术，这是一个重大的工程挑战，以实现，同时保持量子位保真度。在这里，我们解决了这个问题，并提出了一个修改后的超导可扩展的微架构，不需要任何3D外部线路技术，并恢复到一个完全平面的设计。这是通过一种新的伪2D谐振器网络实现的，该网络通过空气桥提供量子位间的连接。我们进行了实验，以检查新引入的空气桥组件的可行性。这些新的量子位间谐振器的测量的品质因数对于高保真度门是足够的，低于表面码的阈值，具有可忽略的测量的串扰。所得到的外部布线和芯片上的量子位间连接的物理分离应当随着芯片组尺寸的增加而减少串扰和退相干。这一结果表明，一个大规模的，完全纠错的量子计算机可以通过单片集成技术构建，而无需额外的开销和特殊的封装技术。
Quantum computing with superconducting circuits in the picosecond regime
我们讨论了一套通用的超快单量子位和双量子位操作超导量子线路的实现，并调查最相关的物理和技术限制时，出现推动更快的门。借助数值优化技术，我们建立了一个基本的边界上的最小门时间，这是独立于量子位设计，仅由其非线性。此外，重要的实际限制来自于有限的量子比特跃迁频率和控制脉冲的有限带宽。我们表明，对于高度非谐通量量子比特和商用控制电子器件，基本的单量子比特和双量子比特操作可以在大约100皮秒内实现，残留门误差低于$10^{-4}$。在相同的条件下，我们模拟了完整的执行压缩版本的肖尔的算法分解的数字15在大约一纳秒。这些结果表明，与使用transmon量子比特的最先进的实现相比，使用超导电路的门操作速度提高一百倍仍然是可行的。
Demonstration of quantum volume 64 on a superconducting quantum computing system
本研究通过结合动态解耦、编译器优化等多种技术，在超导量子计算系统上实现了64的量子体积，表明提升量子体积需多维度协同优化软硬件栈。
Demonstration of Adiabatic Variational Quantum Computing with a Superconducting Quantum Coprocessor
绝热量子计算使得能够制备多体基态。这对于化学、材料科学等领域的应用至关重要。实现带来了重大的实验挑战：直接模拟实现需要复杂的哈密顿工程，而数字化版本需要深量子门电路。为了绕过这些障碍，我们提出了一个绝热变分混合算法，它采用短量子线路，并提供了一个系统的量子绝热优化的电路参数。量子绝热定理不仅保证了基态的存在，而且保证了激发态的存在.本文首次从实验上证明了在多量子位超导协处理器的辅助下，绝热变分算法可以有效地制备多体本征态.我们跟踪的实时演化的地面和激发态的横向场伊辛自旋的保真度，可以达到约99%。
Ground-state geometric quantum computing in superconducting systems
提出了一种基于双简并基态的哈密顿量实现几何量子计算的理论方案。因此，被自动操纵的系统保持在基态。所提出的物理实现依赖于由三个SQUID和两个超导岛组成的超导电路，其中电荷状态编码逻辑状态。我们得到了一组通用的单量子比特门，并利用两个相邻电路之间的互感实现了一个非平凡的两量子比特门，使我们能够实现一个完全几何的基态量子计算。几何量子计算的实施所引入的范例预计将对环境影响具有鲁棒性。
Globally driven superconducting quantum computing architecture
本文提出一种基于二维梯形结构和三种超导量子比特的全局驱动量子计算平台，利用始终开启的纵向ZZ耦合与特定驱动频率实现阻塞机制，从而支持通用量子计算。
Superconducting circuit quantum computing with nanomechanical resonators as storage
我们分析了超导传输子电路的量子信息处理能力，该电路用于调解存储在声子晶体腔谐振器集合中的量子信息之间的相互作用。只有一个处理元件需要外部控制，这使得这种方法比传统的每个量子位单独控制的架构大大减少了硬件密集型。此外，当与通常考虑的使用共面波导或3d腔微波谐振器进行存储的替代方法相比时，纳米机械谐振器提供了非常长的寿命和小尺寸--这是对微波谐振器的两个相互冲突的要求。详细的门误差分析导致量子位谐振器耦合率的最佳值作为系统中的机械谐振器的数量的函数。对于一组给定的系统参数，一个特定的耦合量和谐振器的数量被发现优化量子体积，一个近似的测量系统的计算能力。我们看到这个体积在所提出的混合纳米机械架构中比在竞争的片上电磁方法中更高。
Superconducting quantum many-body circuits for quantum simulation and computing
量子模拟器作为研究多体量子系统的一种手段是很有吸引力的，这些系统不适合于经典的数值处理。超导电路为量子模拟提供了一个通用的框架。在这个角度来看，我们讨论了超导电路如何允许各种各样的相互作用的工程，这反过来又允许各种各样的模型哈密顿的模拟。特别是，我们专注于强光子介导的非线性元件的光子相互作用。这包括在现场，最近邻和四体相互作用的晶格模型，允许实施扩展玻色-哈伯德模型和复曲面代码。我们不仅讨论了模拟量子模拟的现状，而且还讨论了在新兴的量子计算平台上连接量子门时，超导量子模拟的未来前景。
Photonic quantum computing on thin-film lithium niobate: Part I Design of an efficient heralded single photon source co-integrated with superconducting detectors
本文在薄膜铌酸锂平台上提出一种与超导纳米线探测器共集成的预示单光子源设计，利用PPLN波导和光栅耦合器实现高效集成，可服务于融合量子计算和压缩光应用。
The Future of Quantum Computing with Superconducting Qubits
随着量子处理单元（QPU）的出现，我们在历史上第一次看到了计算范式的分支点。挖掘计算的全部潜力并实现具有超多项式加速比的量子算法很可能需要量子纠错技术的重大进展。同时，通过电路编织技术组合多个QPU，通过误差抑制和缓解提高解决方案的质量，并专注于具有渐近加速的量子算法的启发式版本，在短期内实现计算优势是可能的。要实现这一点，量子计算硬件的性能需要提高，软件需要将量子和经典处理器无缝集成在一起，形成一种新的架构，我们称之为量子中心超级计算。从长远来看，我们看到硬件利用量子比特连接性在高于2D的拓扑结构中实现更有效的量子纠错码，模块化架构用于扩展QPU和并行化工作负载，以及软件的发展使技术的复杂性对用户不可见，并实现无处不在，无摩擦的量子计算的目标。
A leakage-resilient approach to fault-tolerant quantum computing with superconducting elements
超导量子比特虽然具有可扩展性和长相干时间的前景，但包含两个以上的能级，因此容易受到由计算子空间外部的布居泄漏产生的错误的影响。这种泄漏错误构成了超导量子比特容错量子计算（FTQC）的一个突出障碍。使用拓扑码的FTQC是基于多量子位稳定算子的顺序测量。在这里，我们首先提出了一个泄漏弹性的过程来执行重复测量的多量子比特稳定器运营商，然后使用这个计划作为一个成分，开发一个泄漏弹性的方法与超导电路的表面码量子纠错。我们的协议基于在每个周期结束时数据和辅助量子位之间的交换操作，需要对系统中的每个物理量子位进行读出和重置操作，从而防止发生持续泄漏错误。
Performance of Superconducting Quantum Computing Chips under Different Architecture Design
现有的和近期的量子计算机只能在物理连接的量子位之间执行两个量子位门。已经对编译器进行了研究，以重写量子程序以匹配硬件约束。然而，量子处理器的架构，特别是量子比特的连通性和拓扑结构，仍然缺乏足够的讨论，而它可能对量子算法的性能产生巨大的影响。我们对不同量子比特连通性和拓扑结构下的量子处理器性能进行了定量和全面的研究。我们从量子体系结构设计空间中选取了10个具有不同连接性和拓扑结构的代表性设计模型，并通过运行一组标准量子算法对其性能进行了基准测试。结果表明，一个高性能的架构几乎总是带有一个大的连接设计，而在我们的实验中，拓扑结构的性能表现出微弱的影响。不同的量子算法表现出不同的依赖量子芯片的连接和拓扑结构。这项工作为量子计算研究人员提供了一个系统的方法来评估他们的处理器设计。
Top-transmon: hybrid superconducting qubit for parity-protected quantum computation
由非耦合的马约拉纳费米子构造的量子比特被保护不受退相干的影响，但要进行量子计算，这种拓扑保护需要被打破。宇称保护的量子计算以一种最小侵入的方式打破了这种保护，通过直接耦合到系统的费米子宇称-而不管任何准粒子激发。在这里，我们建议使用超导电荷量子比特在传输线谐振器（一个所谓的transmon）执行奇偶保护旋转和读出的拓扑（顶部）量子比特。与使用通量量子比特的早期提议相比，其优点在于可以以指数精度打开和关闭耦合，从而有望降低对电荷噪声的敏感性。
Tuning and Amplifying the Interactions in Superconducting Quantum Circuits with Subradiant Qubits
我们提出了一种由N个固定频率量子比特组成的可调谐耦合器，它可以调谐甚至放大两个超导量子线路之间的有效相互作用。相互作用的调谐范围与N成比例，最小值为零，最大值可以超过耦合器和电路之间的物理耦合率。有效耦合率由量子比特系综的集体磁量子数决定，它只取离散值，不受集体衰变和退相干的影响。使用单光子π脉冲，耦合速率可以在单个步骤中在动态范围内的初始值和最终值的任意选择之间切换，而无需经过中间值。还讨论了放大小的相互作用或弱信号的耦合器的级联。这些结果不仅激发了人们对量子信息处理中集体效应的研究兴趣，而且也使得在一般腔-QED系统中调谐和放大相互作用的应用得以发展。
Scalable Ion Trap Quantum Computing without Moving Ions
研究了一种混合量子计算方案，其中混合量子比特由作为信息存储器的离子阱量子比特和作为量子处理器的固态电荷量子比特组成，通过超导腔连接。在本文中，我们扩展了我们以前的工作[1]，并研究了混合系统的退相干，耦合和可扩展性。本文计算了在激光辐射下，由于固体系统中电荷涨落和超导腔的耗散引起的离子-电荷耦合系统的退相干。设计了一种利用电荷量子比特的快速状态翻转来减少电荷噪声引起的退相干的门方案。我们还研究了一种超导开关，它被插入在腔和电荷量子比特之间，并提供量子比特之间的可调谐耦合。混合计划的可扩展性进行了讨论，在实现该计划的几个潜在的实验障碍。
Randomized compiling for scalable quantum computing on a noisy superconducting quantum processor
在量子处理器上成功实现算法依赖于精确控制量子位（qubit）来执行逻辑门操作。在这个有噪声的中间尺度量子（NISQ）计算时代，量子位控制中的系统失调、漂移和串扰可能导致一种没有经典模拟的相干形式的误差。相干误差以不可预测的方式严重限制了量子算法的性能，并且为了实现可靠的量子计算，减轻它们的影响是必要的。此外，通过随机基准测试和相关协议测量的平均错误率对相干错误的全部影响不敏感，因此不能可靠地预测量子算法的全局性能，这使得我们没有准备好验证未来大规模量子计算的准确性。随机编译是一种旨在通过将相干错误转换为随机噪声来克服这些性能限制的协议，大大减少了量子算法中不可预测的错误，并通过周期基准测试测量的错误率来准确预测算法性能。在这项工作中，我们证明了显着的性能增益下随机编译的四量子位量子傅里叶变换算法和随机电路的超导量子处理器上的可变深度。此外，我们准确地预测算法性能使用实验测量的错误率。我们的研究结果表明，随机编译可以用来利用和预测现代噪声量子处理器的能力，为可扩展的量子计算铺平了道路。
Molecular groundstate determination via short pulses on superconducting qubits
提出一种自由式超导脉冲优化方法，通过引入双量子比特通道提升抗噪性与执行速度，在真实硬件上以0.22 ns脉冲确定H2基态至化学精度内，并为LiH找到短脉冲达到最先进精度，有望加速量子计算性能。
Multi-programming Cross Platform Benchmarking for Quantum Computing Hardware
随着量子硬件技术的快速发展，对量子计算机性能进行基准测试变得很有吸引力。在本文中，我们提出了一个新的量子计算机基准测试方面，通过使用多编程机制评估硬件利用率的限制-一种在量子机器中同时执行多个电路的技术。这是第一次尝试比较的评价多编程的离子和超导设备。基于实验结果，在捕获离子设备上执行多程序设计比超导机器表现出更好的结果，而不会失去任何保真度独立执行。
Gain-assisted superluminal microwave pulse propagation via four-wave mixing in superconducting phase quantum circuits
研究了微波场在超导相位量子线路中实现的四能级级联量子系统中的传播和放大。结果表明，通过增加系统的泵浦频率，系统的正常色散转变为反常色散，从而获得增益辅助的超光速微波传输。此外，还证明了受激微波场是通过四波混频产生的，系统能级没有任何反转布居（无反转放大），并且所产生脉冲的群速度可以通过外部振荡磁通量来控制。我们还证明了在某些特定的参数下，超导相位量子线路系统可以实现无吸收超光速微波传输。
In situ Qubit Frequency Tuning Circuit for Scalable Superconducting Quantum Computing: Scheme and Experiment
针对超导量子处理器频率调谐的不可扩展问题，提出基于rf-SQUID的原位调谐电路，结合TDM方案将控制线缆从约3n降至log2(3n)+1，实验验证有效，为大规模控制铺路。
Hardware for Dynamic Quantum Computing
我们描述了雷神BBN技术公司为超导量子比特的动态量子信息处理实验开发的硬件、网关和软件。在动态实验中，实时量子位状态信息在量子位相干时间的一小部分内被反馈或前馈，以动态地改变所实现的序列。这里介绍的硬件涵盖了超导量子比特的控制和读出。对于读出，我们在商业硬件上创建了一个定制的信号处理网关和软件堆栈，以将外差接收器中的脉冲转换为具有最小延迟的量子位状态分配，以及数据采集功能。对于控制，我们开发了具有用于脉冲排序和转向信息分布的网关和软件的定制硬件，其能够在分数超导量子比特相干时间上进行任意控制流。读出和控制平台都广泛使用FPGA，以在适合迭代开发的可重新配置结构中实现定制的量子位控制系统。
Semiconductor-inspired design principles for superconducting quantum computing
超导电路在量子领域提供了巨大的设计灵活性，最近的成果是证明了几个量子比特系统接近容错量子信息处理的阈值。固态的竞争来自半导体量子比特，其中自然赋予了一些非常有用的性质，这些性质可以用于基于自旋量子比特的量子计算。在这里，我们开始探索如何从基于自旋的系统推导出的选择性设计原则可以用来推进超导量子比特科学。我们沿着这条道路迈出了第一步，提出了一种编码量子位的方法，可实现与国家的最先进的可调约瑟夫森结量子位。我们的研究结果表明，这种设计理念有希望，能够实现无微波控制，并为未来的量子位设计提供了一条新的途径，例如具有更高的保真度，或者可能在更高的温度下运行。该方法也特别适合于基于可变超半结的量子位。
A plug-and-play superconducting quantum controller at millikelvin temperatures enables exceeding 99.9% average gate fidelity
该研究开发了一种在毫开尔文温度下实现高保真量子操作的超导控制器，通过直接芯片间连接和全数字操控，实现了99.9%的平均Clifford保真度和低能耗的门操作。
One-way quantum computing in superconducting circuits
提出了一种在超导电路中实现单向量子计算的方法。基于测量的量子计算是一种通用的量子计算范式，它由初始的团簇态提供量子资源，通过连续测量和局部旋转的迭代实现量子算法。到目前为止，技术限制限制了这种量子计算替代方案的可扩展方法。团簇的初始态可以用可用的控制相位门产生，而量子算法利用高保真读出和相干前馈。根据目前的技术，我们估计具有20个量子比特以上的量子算法可以在通往量子霸权的道路上实现。此外，我们还提出了一种具有最大持续性和最大连通性的初始态，减少了单向量子计算协议所需的资源。
Quantum Zeno effect: A possible resolution to the leakage problem in superconducting quantum computing architectures
我们建议使用连续版本的量子芝诺效应，以消除泄漏到更高的能量状态的超导量子计算架构的基础上约瑟夫森相位和通量量子比特。我们特别感兴趣的是这种方法的应用，单步Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）状态协议中描述的[A。Galiautdinov和J.M. Martinis，Phys.Rev.A78，010305（R）（2008）]。虽然在概念上很吸引人，但该协议被发现受到许多频谱拥挤和泄漏问题的困扰。在这里，我们认为，通过将量子比特耦合到测量设备，该测量设备连续监测泄漏到更高的能量状态（例如，耦合到频率为Ω = E3（量子比特）-E1（量子比特）的非常有损耗的谐振器，其中1标记量子比特的基态），我们可以潜在地将多量子比特系统的演化限制在其计算子空间，从而规避上述问题。
Preparation of macroscopic quantum superposition states of a cavity field via coupling to a superconducting charge qubit
我们提出了如何利用含有超导电荷量子比特的微波腔产生宏观量子叠加态。基于对电荷态的测量，我们证明了单模腔场的两个宏观可区分相干态的叠加可以通过腔场与电荷量子比特的可控相互作用产生。在腔场的这种叠加被创建之后，相互作用可以被经典磁场关闭，并且在腔场和电荷量子比特之间没有信息传递。我们还讨论了两个压缩相干态叠加态的产生。
Quantifying the quantum heat contribution from a driven superconducting circuit
揭示量子力学特有现象在热力学中的影响是确定量子操作的基本成本和热机中的量子优势的关键一步。我们提出了一个双储层系统来探测相干驱动原子与其热环境交换的热流中的量子分量。调整驱动参数可以打开和关闭对热流的量子和经典贡献，从而实现它们的独立表征。我们证明了在电路QED设置的测量的可行性。我们的研究结果为量子技术中普遍存在的这种量子热力学签名的首次实验验证铺平了道路。
Exploration of superconducting multi-mode cavity architectures for quantum computing
该研究针对超导射频腔量子计算平台的算力提升需求，基于粒子加速器现有设计开展多单元SRF腔的参数化电磁仿真优化，重点分析其与transmon电路的相互作用，为同类系统研究提供设计蓝本。
Scalable Self-Adaptive Synchronous Triggering System in Superconducting Quantum Computing
超导量子计算机（SQC）可以解决一些经典计算机难以解决的问题。量子比特的控制和测量离不开数模转换器（DAC）阵列的同步工作和模数转换器（ADC）的受控采样。本文提出了一种可扩展的自适应同步触发系统，以保证多个量子比特的同步运行。不同量子位之间的控制信号的时滞小于25 ps。改进后的时钟设计使DAC的250 MHz单音相位噪声提高了约15 dB。6.25 GHz量子比特控制信号的相位噪声有约6 dB的改善。
Quantum computing with many superconducting qubits
实现量子计算（QC）的两个主要障碍是（i）许多量子位的可扩展性和（ii）任何选定量子位之间的受控连接性。使用约瑟夫森电荷量子比特，在这里，我们提出了一个实验上可实现的方法来有效地解决这两个中心问题。由于任何两个电荷量子位可以通过实验上可访问的电感有效地耦合，因此所提出的QC架构是可扩展的。此外，我们制定了一个有效的和可实现的QC计划，只需要一个（而不是两个或更多）的两位操作来实现条件门。
Quantum Reservoir Computing for Statistical Classification in a Superconducting Quantum Circuit
本研究提出在超导量子电路中利用量子回声计算进行统计分类，展示了其在处理复杂概率分布和金融时间序列中的优势，并探讨了其在超导平台上的应用潜力。
High Performance and Scalable AWG for Superconducting Quantum Computing
超导量子计算机是基于半导体工艺制造的，它使量子比特集成成为可能。同时，这种量子比特具有高性能的保真度，去相干时间，可扩展性，并需要一个可编程的任意波形发生器（AWG）。本文介绍了一种由2吉比特采样率、16位垂直分辨率数模转换器（DAC）组成的任意波形发生器的实现。该AWG与独立的微波器件集成在一个金属板上，用于放大考虑。设计了专用的波形序列输出控制器，实现了波形的无缝切换和任意波形的产生。多通道AWG的抖动约为10ps，积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）约为2LSB，量子比特的去相干时间（T2*）比商用的1GSPS、14 bit AWG提高了33%。
Digitized adiabatic quantum computing with a superconducting circuit
量子计算的一个主要挑战是用有限的物理硬件解决一般问题。在这里，我们实现了数字化绝热量子计算，结合绝热算法的通用性与数字方法的通用性，使用9个量子比特的超导电路。我们探测绝热演化，并量化的随机自旋问题的算法的成功。我们发现，该系统可以近似的解决方案，沮丧伊辛问题和更复杂的相互作用的问题，具有可比的性能。所提出的方法与小规模系统以及未来的纠错量子计算机兼容。
Overcoming disorder in superconducting globally driven quantum computing
本研究通过脉冲优化方案，如GRAPE算法，克服超导全局驱动量子计算中静态杂乱对量子操作保真度的影响，实现高保真度操作。
Controllable coherent population transfers in superconducting qubits for quantum computing
提出了一种利用可控斯塔克啁啾快速绝热通道（SCRAP）实现单量子比特和双量子比特系统中选定量子态之间布居相干转移的方法。这些{ \it演化时间不敏感}传输，辅之以易于实现的单量子位相移操作，可以作为量子计算的基本逻辑门。具体来说，这个提议可以方便地用现有的约瑟夫森相位量子比特来证明。我们的建议可以立即应用于这些量子位的读出。事实上，这些人造“原子”中束缚态的破宇称对称性提供了一种设计所需绝热脉冲的有效方法。
Comparison of Cloud-Based Ion Trap and Superconducting Quantum Computer Architectures
本文针对商业云上可用的离子阱与超导量子计算系统，通过简单量子电路和算法测试比较其整体及组件性能，并结合架构差异进行分析。
Space-Time-Coupled Qubits for Enhanced Superconducting Quantum Computing
本研究提出利用时空调制的低温兼容Josephson超构表面实现多色量子比特耦合，将最近邻连接转变为全连接，显著提升超导量子比特阵列的相干性、鲁棒性和纠缠保真度。
Topological superconductor from superconducting topological surface states and fault-tolerant quantum computing
二维手征$p$波超导/超流体系统是拓扑量子计算中最简单、最稳定的系统。自然界中这种拓扑超导体/超流体的候选者非常罕见。一种普遍认为的手征$p$波超流体是$ν=\frac{5}2$分数量子霍尔效应中的摩尔-里德态，尽管实验证据还没有决定性。利用量子反常霍尔绝缘体-超导体混合结构实现手征$p$波超导体的实验一直存在争议。在这里，我们报告了一个新的机制，实现二维手性$p$波超导体的表面上的三维$s$波超导体，具有拓扑能带结构和支持超导拓扑表面态（SC-TSS），如铁基超导体Fe（Te，Se）。我们发现，通过薄膜上下表面的SC-TSS之间的隧穿和配对，或两个超导体的相对表面之间的隧穿和配对，可以产生一种新出现的二维时间反演对称性破缺的手征拓扑超导体.拓扑保护的任意子涡旋与马约拉纳零模式，以及手征马约拉纳费米子边缘模式，可以用作一个平台，更有利的非阿贝尔编织操作。我们提出了一种新的具有六个手征马约拉纳费米子边缘模的CNOT门器件，为容错通用量子计算铺平了道路。
Fault-Tolerant Computing With Biased-Noise Superconducting Qubits
我们提出了一个通用的计划，脉冲操作的IBM振荡器稳定的通量量子比特包括CPHASE门，单量子比特的准备和测量。基于数值模拟，我们认为这些操作的错误率可以低至约0.5%，并且噪声具有高度偏差，相位误差比所有其他类型的误差强近10^3倍。相比之下，设计一个错误率小于1.2%的CNOT门似乎是非常具有挑战性的。我们提出了一种特殊的编码，利用噪声偏置，使我们能够实现一个逻辑CNOT门相位误差和所有其他类型的错误几乎平衡率约为0.4%。我们的研究结果说明了如何设计的编码方案可以调整和优化，根据可用的物理操作和特定的噪声特性的实验设备。
扫码添加微信好友，提出您的宝贵建议 👇
💡 备注请填写：网站反馈
发表机构由 AI 从论文文本抽取，如发现错误，欢迎反馈修正建议。