Modelling the Impact of Quantum Circuit Imperfections on Networks and Computer Applications
本文针对7G网络中后量子与量子密码应用的实现问题，提出一个包含量子电路实现不完美性的网络与计算机应用优化框架，并综述量子硬件不完美性来源，以指导硬件投入与系统复杂度之间的合理分配。
2025-01-01 cs.CR quant-ph
Quantum computation of the Anderson transition in presence of imperfections
我们提出了一种模拟无序晶格中Anderson跃迁的量子算法，并在量子计算机中数值研究了它对静态缺陷的敏感性。在临界点附近，该算法在计算扩散率和局部化长度时，与已知的经典算法相比，具有二次加速比。我们证明了在具有$7 - 10$量子比特的量子计算机上可以检测到Anderson跃迁。
2003-06-30 cond-mat nlin.CD quant-ph
Optimality of qubit purification protocols in the presence of imperfections
量子控制是量子计算机、模拟器和传感器等量子技术运行的重要工具。虽然有复杂的理论工具来开发量子控制协议，但在结合实验条件的同时制定最佳协议仍然是一个挑战。在本文中，在电路量子电动力学系统中实现实时反馈控制的最新进展的激励下，我们研究了实验缺陷对量子比特纯化协议的最优性的影响。具体来说，我们发现，在检测器的效率低下和不可忽略的退相干的存在下，最优控制解决方案可以显着不同的理想化的动力学模型的已知解决方案。此外，我们提出了一个简化形式的验证定理，以检查控制协议的全局最优性。
2013-02-12 quant-ph
Enhancing quantum computer performance via symmetrization
大型量子计算机有望解决一些其他方法无法解决的关键问题。然而，现代量子技术存在各种缺陷，如控制误差和量子比特退相干，抑制了它们的潜在效用。量子纠错的开销对于近期的量子计算机来说太大了，而解决特定设备缺陷的错误缓解策略可能会随着设备的改进而失去相关性。为了提高量子计算机的性能与高质量的量子比特，我们介绍了一种策略的基础上对称化和非线性聚集。在商业捕获离子量子计算机上，它将多种实用算法的性能提高了100倍，而没有量子位或门开销。
2023-01-18 cs.ET quant-ph
Effects of imperfections for Shor's factorization algorithm
我们研究了量子位之间的剩余耦合的不完善性对Shor算法的准确性的影响，使用数值模拟的现实量子计算与多达30个量子位。直到N=943的数字的因子分解表明，峰的宽度（其频率允许确定因子）随着量子比特的数量呈指数增长。然而，该算法保持操作直到临界耦合强度$ε_c$，其仅与$\log_2 N$多项式地下降。$ε_c$对$\log_2 N$的数值依赖性由分析估计来解释，该分析估计允许获得具有大量量子比特的现实量子计算机上的Shor算法的功能的缩放。
2007-09-06 quant-ph
Quantum computing of quantum chaos and imperfection effects
数值研究了量子混沌状态下受踢旋转体模型的量子计算中的不完美效应。结果表明，有两种类型的物理特性：对于其中一个量子计算错误的增长与在计算机中的量子比特的数量呈指数增长，而另一个是多项式的增长。还讨论了经典和量子计算误差之间的某些相似性。
2000-09-01 cond-mat nlin.CD quant-ph
Process tomography of Robust Dynamical Decoupling in Superconducting Qubits
动态解耦是一种保护量子比特免受噪声影响的技术。在存在噪声的情况下保持量子相干性的能力对于量子器件的发展是必不可少的。在这里，Rigetti量子计算平台被用来测试不同的动态解耦序列。序列的性能通过量子过程层析成像表征，并使用量子信道形式主义进行分析。结果表明，动态退耦可以减少量子比特的退相，但不能防止自发发射。此外，从过程层析成像的结果，也可以得出结论，动态解耦的作用不能被理解为量子比特相干时间的简单修改。这里还示出了Rigetti量子比特上的动态解耦的性能受到脉冲不完美性的限制。然而，可以使用鲁棒动态解耦来改善性能，即对实验缺陷具有鲁棒性的序列。这里测试的序列优于以前在同一平台上测试的动态解耦序列。
2022-02-04 quant-ph
Dynamical localization simulated on a few qubits quantum computer
我们表明，一个量子计算机操作与少量的量子比特可以模拟经典混沌的动力学局域化的系统所描述的量子混沌映射模型。系统的动力学被有效地计算到时间$t\geq \ell$，然后定位长度$\ell$可以通过顺序$1/ν^2$计算机运行以精确度$ν$获得，随后在计算基础上进行粗粒度投影测量。我们还表明，在静态缺陷的存在下，可靠的本地化长度的计算是可能的，而无需纠错的缺陷阈值下降多项式与量子位数。
2002-10-08 cond-mat nlin.CD quant-ph
Quantum Chaos & Quantum Computers
对标准通用量子计算机模型进行了解析和数值研究，确定了由缺陷和剩余量子比特间耦合引起的量子混沌出现的边界。这种现象出现在没有任何外部退相干的孤立量子计算机中。量子混沌的出现导致量子计算机硬件熔化，强烈的量子熵增长和计算机可操作性的破坏。确定了量子混沌和遍历性发展的时间尺度。尽管这一现象对量子计算是相当危险的，但研究表明，量子比特间耦合的量子混沌边界指数地大于量子计算机本征态之间的能级间距，并且仅随量子比特数n线性下降。因此，计算机的理想多量子位结构对缺陷仍然相当鲁棒。这为量子计算机的可能实现开辟了一个广阔的参数范围。这些结果与近年来原子核、复杂原子和分子、有限费米系统、量子自旋玻璃碎片等多体系统中量子混沌的研究有关。
2000-06-15 cond-mat quant-ph
Robust dynamical decoupling
量子计算机处理量子力学系统中编码的信息，有可能解决一些最困难的计算问题。量子计算机进一步发展的一个实质性障碍是量子信息的寿命通常太短而不允许实际计算。一种很有前途的增加寿命的方法，称为动态解耦，包括对量子比特施加一系列周期性的反转脉冲。在本综述中，我们给出了这种技术的概述，并比较了不同的脉冲序列提出了较早。我们发现，脉冲的不完善，这是总是存在于实验实现，限制了动态解耦的性能。由于脉冲误差的积累而导致的相干性损失甚至可能超过来自环境的扰动。这种影响可以通过脉冲和序列的明智设计而在很大程度上消除。相应的序列在很大程度上不受脉冲缺陷的影响，并使系统的相干时间增加了几个数量级。
2011-10-28 quant-ph
Analyzing the Toffoli gate in disordered circuit QED
本文研究了量子控制方法在电路QED装置中实现的Toffoli门的非理想性对保真度的影响。在量子比特间的相互作用中引入了噪声。耦合常数不再是固定的;相反，它们围绕平均值波动，服从一些给定的概率密度函数，表征动态不完善的情况。我们还考虑了静态缺陷的情况下，其中的耦合常数的值是不完全已知的。我们得到一个更强大的门，通过修改量子优化问题，使用耦合值的区间上的保真度的加权平均值作为目标函数。
2016-08-01 quant-ph
Quantum chaos and random matrix theoryfor fidelity decay in quantum computationswith static imperfections
我们确定了在量子计算机中存在内部静态缺陷的复杂动力学量子计算中保真度衰减的普遍规律。我们的方法是基于随机矩阵理论应用于量子计算中的缺陷.理论预测进行了测试，并证实了在广泛的数值模拟量子算法的量子混沌的动态帐篷映射多达18量子比特。该理论确定了在没有量子纠错码的情况下可靠量子计算的时间尺度。这些时间尺度与介观系统中众所周知的海森堡时间、无时间和费米黄金法则给出的衰变时间有关。比较了量子门中静态缺陷效应和随机误差的影响。本文还提出了一种新的粗粒度Wigner函数量子计算的方法。
2004-04-02 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Imperfection effects for multiple applications of the quantum wavelet transform
我们研究了基于量子小波变换（QWT）的简单动力学模型的量子计算中各种缺陷的影响。保真度时标的结果，获得了一个大范围的错误幅度和数量的量子比特，意味着静态缺陷的容错量子计算的阈值降低了几个数量级的情况下相比，随机错误。
2003-03-09 cond-mat nlin.CD quant-ph
Approximating Vibronic Spectroscopy with Imperfect Quantum Optics
我们研究了最近提出的协议进行量子模拟的振动光谱实验的不完善的影响。具体来说，我们提出了一种方法来量化这些缺陷的影响，优化实验来解释它们，并将结果与经典的模拟方法进行基准测试。我们说明了我们的研究结果，使用的一部分的振动光谱的环酚酮的原理实验模拟的证明。我们的研究结果将为未来旨在模拟当前经典计算机无法达到的大分子光谱的实验设计提供信息。
2018-03-07 quant-ph
Quantum error correction of coherent errors by randomization
提出了一种通用的误差校正方法，该方法能够校正量子计算机中由静态剩余量子比特间耦合引起的相干误差。它是基于多量子比特系统中静态缺陷的随机化，通过反复应用泡利算子来改变计算基础。这种Pauli-Random-Error-Correction（PAREC）方法消除了静态缺陷产生的相干误差，并显著增加了可以可靠地执行实际量子计算的最大时间。此外，它不需要冗余，因此所有涉及的物理量子位都可以用于逻辑目的。
2004-07-30 quant-ph
Distributed Quantum Computing Utilizing Multiple Codes on Imperfect Hardware
量子比特有技术缺陷。此外，可以可行地实现的组件的容量是有限的。因此，需要分布式量子计算来扩展量子计算机。本文提出了一种新的量子计算机体系结构，该体系结构考虑到了量子计算机的缺陷，旨在通过连接由多个量子CPU和存储器组成的量子计算机来实现分布式计算。量子CPU采用具有更快逻辑门的量子纠错码，量子存储器采用在空间资源要求方面更优越的代码。本文以量子纠错码为研究对象，给出了表面码容忍器件故障等静态丢失的一种实用、具体的方法。实际假设的数值模拟表明，90%的功能量子比特产量勉强能够构建大规模系统，通过在制造后测试期间剔除较差的50%晶格。即使剔除90%的生成晶格，80%的产量也不可用。针对量子计算机内部连接和量子计算机之间的连接，本文提出了一种桥接异构量子纠错码的容错方法。数值模拟表明，该方案丢弃任何检测到错误的量子态，无论物理错误率如何，都能获得足够的逻辑错误率，以换取增加的资源消耗。本文给出了适用于存储器的表面码的一种新的扩展。该代码被示出为需要更少的物理量子比特来编码逻辑量子比特比传统的代码。该代码实现了每个逻辑量子比特减少50%的物理量子比特。总的来说，提出分布式量子计算机架构的元素被汇集在一起。
2017-04-09 quant-ph
Quantum Computation of a Complex System : the Kicked Harper Model
研究了在量子计算机上模拟复杂量子系统的问题，并以踢哈珀模型为例。这一系统具有丰富多样的动力学行为取决于参数，显示有趣的现象，如分形谱，混合相空间，动力学局域化，异常扩散，或部分离域，并可以描述电子在磁场。提出并分析了三种不同的量子算法，使得能够使用不同的资源以不同的精度有效地模拟该系统的演化算子。根据所选择的参数，系统是近可积的，本地化的，或部分离域。在每一种情况下，我们确定运输或光谱量，可以更有效地获得量子计算机上比经典之一。在大多数情况下，与经典算法相比，获得多项式增益，其可以是二次或更少，这取决于参数制度。我们还提出了静态缺陷的影响，所选择的数量，并表明，根据政权的参数，观察到非常不同的行为。有些量可以可靠地获得与中等水平的缺陷，而其他指数敏感的缺陷强度。特别是，在部分离域的制度，离域的缺陷阈值变得指数小。我们的研究结果表明，有趣的行为可以观察到少至7-8个量子比特，并可以可靠地测量存在中等水平的内部缺陷。
2004-09-06 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Integrated $^{9}$Be$^{+}$ multi-qubit gate device for the ion-trap quantum computer
我们演示了利用嵌入表面电极离子阱中的微波导体发射的微波近场，在$^9$ Be $^+$离子中实现磁场不敏感超精细跃迁的两量子比特Mølmer-Sørensen门的实验。导体的设计被优化以在离子位置处产生高振荡磁场梯度。测得的栅极保真度被确定为$98.2\pm1.2\,\%$，并受到技术缺陷的限制，这是由一个全面的数值误差分析证实。导体设计可以潜在地简化多量子比特门的实现，并且代表用于离子阱量子计算机的量子CCD架构内的纠缠门的自包含的可扩展模块。
2019-09-04 quant-ph
Quantum computers can search rapidly by using almost any selective transformations
搜索问题是从给定的集合中找到一个满足某些性质的状态。Grover的算法将量子计算机从准备好的初始状态驱动到目标状态，并以比经典计算机快二次方的速度解决问题。该算法使用选择性变换来区分初始状态和目标状态。它不会成功，除非选择性变换非常接近相位反转。在这里，我们展示了一种超越这种限制的方法。一个重要的应用在于量子纠错，其中的错误可以导致选择性变换偏离相位反转。只要误差是可再现的和可逆的，这里提出的算法对误差是鲁棒的。这类特殊的系统误差通常是由设备设置中的缺陷引起的。因此，我们的算法在量子搜索的物理实现中提供了显着的灵活性。
2008-06-12 quant-ph
Enhancing the robustness of dynamical decoupling sequences with correlated random phases
我们表明，在最近开发的随机动态解耦脉冲序列方法中添加相关相位[物理评论快报122，200403（2019）]可以提高其在量子传感中的性能。特别地，通过在动态解耦序列中关联基本脉冲单元的相对相位，我们能够改善对由于$π$脉冲缺陷引起的信号失真和由于有限宽度$π$脉冲引起的寄生响应的抑制。这增强了量子传感器的选择性，例如基于金刚石中的NV中心的那些。
2020-03-30 quant-ph
Defects in Quantum Computers
从通用量子计算机到绝热量子计算或量子退火的兴趣转移需要广泛适用且易于实现的测试来评估量子或绝热如何成为特定硬件。在这里，我们提出了这样一个测试的基础上，一个完全可解的多体系统-在横向场的量子伊辛链-并实现它的D波机。理想的绝热淬火的量子伊辛链应导致一个有序的破缺对称基态与所有的自旋在同一方向上对齐。实际的失超可能由于退相干、噪声、所实现的哈密顿量中的缺陷而不完美，或者仅仅是太快而不能绝热。不完美会导致拓扑缺陷：自旋改变方向，扭结打断链的有序部分。这种缺陷的数量量化了量子计算机错过基态的程度，因此是不完美的。
2018-03-06 quant-ph
Certifying the building blocks of quantum computers from Bell's theorem
量子计算机的能力依赖于其组件忠实地维护和准确处理量子信息的能力。由于这种性质无法通过经典的认证方法，因此需要全新的协议来保证基本组件适用于量子计算。这些协议必须与设备无关，也就是说，如果要将块限定为所有可能的用途，则它们不能依赖于实际实现的特定物理描述。贝尔定理的提出是为了以与器件无关的方式证明产生或测量量子态的块。在这篇手稿中，我们提供了缺失的部分：一种基于贝尔定理的方法，以证明量子信息的存储、处理和传输等相干操作。这就完成了验证量子计算机所有构建模块所需的工具集。我们的方法对实验缺陷具有鲁棒性，因此可以很容易地用来证明今天的量子设备有资格用于未来的量子计算机。
2018-03-29 quant-ph
Plaquette: A hardware-aware design platform for fault-tolerant quantum computers
QC Design GmbH（QC设计有限公司）
研究针对容错量子计算机硬件团队决策难题，提出Plaquette平台，能依据硬件缺陷物理原理计算逻辑性能，含多种采样器，经验证可匹配全态模拟，在三种错误模型上展示其能提供从设备物理到FTQC逻辑性能的直接路径。
2026-07-10 quant-ph
Quantum Simulation of Noisy Quantum Networks
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
针对复杂量子网络难构建、难模拟的问题，提出利用NISQ器件硬件缺陷模拟含噪量子网络的方法，可实现超经典能力的大规模精确模拟，为量子网络模拟提供高效新途径。
2025-09-29 quant-ph
Stabilization of quantum information by combined dynamical decoupling and detected-jump error correction
随机解耦的两种可能的应用进行了讨论。到目前为止，解耦方法只被认为是量子存储器，在这里，它表明，随机解耦也是一个方便的工具，稳定量子算法。此外，提出了一个解耦方案，其中包括一个随机解耦方法兼容的检测跳跃纠错量子码。利用这种组合的纠错策略，可以以有效的方式稳定量子信息以抵抗基于量子位的量子信息处理器的自发衰变和静态缺陷。
2007-12-10 quant-ph
Perfect quantum-state synchronization
我们研究了从任意初始态出发，导致开放量子系统所有子系统量子态完全同步的最一般机制。我们给出了这种“量子态同步”的充分必要条件，证明了两类主要的量子态同步器的Hilbert空间维数的严格下界，并给出了它们的构造解析解.在IBM量子计算机上实验证明了发现的两个量子比特的量子态同步器的功能，并且我们表明剩余的双折射率是量子计算机的不完美性的敏感度量。
2021-06-21 quant-ph
Fault-tolerant quantum error detection
量子计算机最终将达到一定的规模，量子纠错变得势在必行。通过将单个逻辑量子比特编码在多个物理量子比特中，可以保护量子信息免受量子比特缺陷和有缺陷的控制操作的影响。这种冗余允许错误伴随式的提取以及随后的错误检测或纠正，而不会通过直接测量破坏逻辑状态本身。在这里，我们展示了一个容错的逻辑量子比特的编码和伴随式测量，通过一个错误检测协议的四个物理量子比特，由捕获的原子离子。这第一次证明了容错量子比特对用于编码它的操作中的缺陷的鲁棒性。面对大的附加错误率和实验校准误差，这种优势仍然存在。
2017-05-17 quant-ph
Robust Dynamical Decoupling for Arbitrary Quantum States of a Single NV Center in Diamond
动态解耦是一种有效的延长量子比特相干时间（T $_2$）的技术。我们将这种技术应用于IIa型金刚石中单个氮空位中心的电子自旋量子比特。在一个晶体与自然丰度的$^{13}$ C核自旋，我们延长退相干时间高达2.2毫秒。这是接近T $_1$值的NV中心（4毫秒）。由于动态解耦必须在任意初始条件下表现良好，我们测量了对初始状态的依赖性，并比较了不同序列在初始状态依赖性和对实验缺陷的鲁棒性方面的性能。
2012-07-24 quant-ph
Selective dynamical decoupling for quantum state transfer
离散量子网络间的态转移是量子信息处理的基本任务之一。其目的是将信息忠实地放置在网络中的特定位置。然而，所有的物理系统都有缺陷，这会严重限制传输保真度。我们提出了选择性动态解耦方案，能够稳定弯曲线性量子比特链模型上的不完美量子态传输协议。数值模拟结果验证了该方法的有效性。仿真结果表明，这些选择性动态解耦方案能够有效地抑制量子态传输协议中的错误。
2014-12-26 quant-ph
Nondestructive classification of quantum states using an algorithmic quantum computer
随着量子计算设备向容错通用量子计算机改进其质量，处理量子数据的方法变得更加重要。这些方法包括对作为设备的输入而给出的量子态的辨别和过滤，其可以在量子信息技术中找到许多应用。在本文中，我们解决了一个计划的输入状态的分类，这是非破坏性的和确定性的某些输入，而概率，在一般情况下。这可以通过将相位估计算法结合到混合量子-经典计算方案中来实现，其中量子块被经典地训练。我们使用IBM Quantum Experience的超导量子处理器来执行这个想法的原理验证实现。我们感兴趣的另一个方面是减轻由于量子设备缺陷而发生的错误。我们在经典的后处理阶段应用一系列启发式技巧，以提高原始实验数据，并识别其中的模式。这些想法可能会发现在其他实现的混合量子经典计算与噪声量子机的应用。
2019-09-12 quant-ph
Suppressing classical noise in the accelerated geometric phase gate by optimized dynamical decoupling
在量子计算的场景中，几何相位门由于其固有的对干扰的容错性而变得越来越有吸引力。随着绝热循环演化，Berry相似乎实现了几何变换。然而，由于系统误差，在相干时间尺度内尽可能多地执行量子门仍然是一个不方便的瓶颈。本文提出了一种基于Berry相位、无跃迁驱动和动力学解耦的加速绝热量子门。它在存在控制噪声或缺陷的情况下协调了高保真度和高速。我们优化的动态解耦序列在时域下流行的高斯噪声频谱的逆二次幂律。
2022-08-04 quant-ph
Dynamical decoupling with tailored waveplates for long distance communication using polarization qubits
利用动态解耦的方法研究了飞行偏振量子比特在光纤中传输时的退相效应。控制脉冲用沿单模光纤的实际长度适当放置的半波片来实现。有限宽度的波片上的偏振旋转的影响进行了建模，使用定制的折射率分布内的波片。我们表明，动态解耦是有效的，在保持输入量子比特状态的保真度接近1时，偏振量子比特受到随机双折射噪声在光纤中，以及由于有限的波片宽度的旋转缺陷（翻转角误差）。
2013-11-15 quant-ph
Optimal dynamical decoupling in the presence of colored control noise
耦合到噪声环境的量子系统的最佳动态解耦还必须考虑控制脉冲的缺陷。我们提出了一种新的形式主义，它描述了，在一个封闭的形式表达，系统的演变，包括环境和控制噪声的频谱函数。我们表明，通过测量这些谱函数，我们的表达式可以用来优化去耦脉冲序列。我们证明了这种方法与光学捕获超冷铷原子的合奏，并使用量子过程层析成像来识别环境的影响和控制噪声。我们的方法是适用的和重要的任何现实实现的量子信息处理。
2013-03-08 quant-ph
Connection between memory performance and optical absorption in quantum reservoir computing
Carl von Ossietzky University Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）；University of Bremen（不来梅大学）
研究揭示了量子回溯计算中光学吸收与短期记忆容量之间的关系，通过可控的量子衰减机制优化记忆性能。
2025-10-08 quant-ph
Violation of no-signaling on a public quantum computer
该研究在IBM量子设备上以大规模统计测试无信号原则，发现显著违反，其程度与贝尔测试相当，需排查技术缺陷并重复无漏洞测试以最终确认。
2025-05-26 quant-ph
Efficient Quantum Computing of Complex Dynamics
我们提出了一种量子算法，它以最佳的方式使用量子比特的数量，并有效地模拟了由量子映射描述的具有丰富而复杂的动力学的物理模型。对量子计算机硬件中静态缺陷的影响的数值研究表明，相空间结构的主要元素在量子比特数为多项式的时间尺度上被精确地再现。由这些缺陷产生的误差比门操作中的随机噪声误差更危险。
2001-07-06 cond-mat nlin.CD quant-ph
Radial Fast Entangling Gates Under Micromotion in Trapped-Ion Quantum Computers
The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；IonQ, Inc.（IonQ公司）
研究利用微运动和双离子晶体的径向模式设计高速纠缠门，在亚陷阱周期范围内实现高保真度控制序列，分析微运动增强的物理机制及实验噪声下的门误差。
2026-04-28 quant-ph
An Error-aware and Adaptive Method for the Estimation of Quantum Observables on Qudit-Based Quantum Computers
University of Exeter（埃克塞特大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；softwareQ Inc.（softwareQ公司）
本文提出AQUIRE方法，通过构建贝叶斯模型准确估计量子比特量子计算机上可观测量的均值和误差，并通过数值模拟和离子阱量子处理器实验验证其有效性。
2026-05-01 quant-ph
Robustness of dynamical decoupling sequences
量子态的主动保护是实现量子计算的必要前提。动态解耦（DD）是一种很有前途的方法，它将控制脉冲序列应用于系统，以减少系统与环境相互作用的不利影响。由于每个硬件设备具有有限的精度，DD控制脉冲的错误本身可以破坏存储的信息，而不是保护it.We实验比较不同的DD序列的性能，在存在的环境中，选择这样的所有相关的DD序列可以同样抑制其对系统的影响。在这些条件下，在DD下量子比特的剩余衰减允许我们非常精确地比较不同DD序列相对于控制脉冲的缺陷的鲁棒性。
2013-03-26 quant-ph
Concatenated dynamical decoupling with virtual pulses
由于与外部自由度的相互作用而导致的量子信息的损失（称为退相干）仍然是量子计算大规模实现的主要障碍之一。因此，正在探讨各种措施，以减少其影响。其中之一是动态解耦（DD），它提供了一个实用的解决方案，因为它只需要将控制脉冲应用于系统量子位。从基本的DD序列开始，开发了更复杂的方案，消除了系统-环境相互作用的高阶项，并且对实验缺陷也更鲁棒。一个特别成功的方案，称为级联DD（CDD），给出了一种通过将低阶序列插入到生成序列的延迟中来生成高阶序列的方法。在这里，我们展示了如何通过将一些脉冲转换为虚拟（因此是理想的）脉冲来进一步改进该方案。由此产生的计划，称为vCDD，具有较低的功率沉积，是更强大的脉冲缺陷比原来的CDD计划。
2012-03-01 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Entropy production and fidelity for quantum many-body systems with noise
本文研究了在静态缺陷影响下，含有多个相互作用费米粒子的系统的动力学性质。主要注意力是支付的波包的香农熵的时间依赖性，和动力学的保真度。我们的问题是熵和保真度如何对噪声敏感。在我们的研究中，我们使用了两体相互作用的随机矩阵模型和量子计算的动力学模型。数值数据与分析预测进行了比较。
2004-03-13 quant-ph
Effects of time reversal symmetry in dynamical decoupling
动态退耦（DD）是一种在噪声环境中保持量子力学态相干性的技术。它使用反转脉冲序列通过周期性地重新聚焦它们来抑制环境扰动。已经表明，不同的反转脉冲序列显示出非常不同的性能，特别是还涉及实验脉冲缺陷的校正。在这里，我们专门调查的作用，时间反演对称性的脉冲序列的积木。我们表明，使用时间对称的积木往往提高了序列的性能相比，由时间不对称的积木形成的序列。使用量子态层析成像的序列所产生的回波，我们分析了导致保真度损失的机制，并展示了如何通过适当的级联去耦脉冲的相关块来补偿它们。
2011-10-05 quant-ph
Quantum Computing of Classical Chaos: Smile of the Arnold-Schrodinger Cat
以Arnold猫映射为例，我们证明了经典混沌系统可以在量子计算机上以指数效率进行模拟。虽然经典计算机的误差随时间呈指数增长，但具有适度缺陷的量子算法能够长时间精确地模拟不稳定的混沌经典动力学。该算法可以很容易地在几个量子比特的系统上实现。
2001-01-01 cond-mat nlin.CD quant-ph
Towards a Digital Twin of Noisy Quantum Computers: Calibration-Driven Emulation of Transmon Qubits
本文提出利用硬件校准与基准电路提取参数化误差模型，构建超导 transmon 量子比特器件的数字孪生，并在 5 量子比特 QPU 上以 0.15 的平均总变差距离验证其预测能力。
2025-09-01 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
Robust Dynamical Decoupling for the Manipulation of a Spin Network via a Single Spin
量子系统的高保真度控制对于量子信息处理至关重要，但通常受到环境扰动和应用控制领域不完善的限制。在这里，我们研究动态解耦（DD）和鲁棒最优控制（ROC）的组合来解决这个问题。在该组合中，采用ROC来找到鲁棒成形脉冲，其中受控动态相对于控制误差的方向导数被减小到期望的阶数。然后，我们将ROC脉冲到DD序列，实现了对多个错误通道的鲁棒性显着改善。我们在NV中心系统中通过电子自旋操纵核自旋浴的例子中演示了这种方法。仿真结果表明，基于ROC的DD序列性能优于现有的鲁棒DD序列。我们的工作对近期噪声量子器件的鲁棒量子控制具有影响。
2021-01-11 quant-ph
Unsupervised Machine Learning on a Hybrid Quantum Computer
机器学习技术已经导致计算的统计模型的广泛采用。量子处理器上原生可用的统计分布是经典可用的统计分布的超集。利用这个属性有可能加速或以其他方式改善机器学习相对于纯粹的经典性能。实现这一目标的一个关键挑战是学习将经典计算资源和传统学习技术与通用量子处理器的新兴功能相结合。在这里，我们通过训练一个19量子比特的门模型处理器来解决聚类问题，这是无监督学习中的一个基本挑战，从而展示了这种杂交。我们使用量子近似优化算法结合无梯度贝叶斯优化训练量子机。这种量子/经典的混合算法表现出鲁棒性现实的噪声，我们发现的证据表明，经典的优化可以用来训练周围的相干和不相干的缺陷。
2017-12-15 quant-ph
Modeling dynamics of entangled physical systems with superconducting quantum computer
我们在实五量子比特超导量子处理器IBMqx 4上实现了几种量子算法，对自旋为1/2的粒子通过玻色子场直接和间接相互作用的动力学进行了量子计算。特别是，我们专注于由于在系统的初始状态的纠缠的存在而产生的影响。动力学是实现在一个数字的方式使用Trotter扩展的进化算子。我们的研究结果表明，在我们的模型的基础上实际设备的动力学是由量子干涉效应是高度敏感的初始状态的相位参数。我们还讨论了我们的方法的局限性，由于设备的不完善，以及可能的规模向更大的系统。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Full analysis of multi-photon pair effects in spontaneous parametric down conversion based photonic quantum information processing
在基于自发参量下变频（SPDC）的量子信息处理（QIP）实验中，在限制协议速率的重合计数率（即SPDC的泵浦功率）与限制协议质量的量子干涉的可见性之间存在折衷。这种折衷主要是由来自SPDCs的多光子对发射引起的。在理论上，问题是如何在不截断这些多光子发射的情况下对实验进行建模，同时包括实际的缺陷。在本文中，我们建立了一种方法，从理论上模拟SPDC基QIPs，充分考虑了多光子发射的影响和各种实际的缺陷。在我们的方法中的关键成分是已用于连续变量QIPs的特征函数形式主义的应用。我们将我们的方法应用到三个例子中，Hong-Ou-Mandel干涉和Einstein-Podolsky-Rosen干涉实验，以及级联纠缠交换协议。对于前两个例子，我们表明，我们的理论结果与最近的实验结果定量一致。同时给出了在多光子成分和各种缺陷情况下，这些干涉能级的封闭表达式。对于最后一个例子，我们提供了我们的方法中级联纠缠交换协议的一般理论形式，并显示了多达5个级联的数值结果。我们的方法只需要一个小的计算资源（几分钟的商业可用的计算机），这是不可能通过以前的理论方法。我们的方法将有应用在广泛的SPDC为基础的QIP协议的高精度和合理的计算资源。
2015-05-07 quant-ph
High-fidelity and Robust Geometric Quantum Gates that Outperform Dynamical Ones
几何相位由于其固有的抗噪声特性，是一种很有前途的诱导高保真和鲁棒量子操作的元素。不幸的是，它的实际应用通常受到限制，需要多个级别/量子位之间的复杂相互作用和比相应的动态门时间更长的门时间。本文提出了一种几何量子计算的总体框架，并将时间最优控制技术与之相结合，通过寻找最短的光滑几何路径来实现加速的几何量子门，从而大大降低了由退相干效应和操作缺陷引起的量子门误差.同时，我们忠实地实现我们的想法在一个可扩展的平台上的二维超导transmon-qubit晶格，简单和实验可访问的相互作用。此外，数值模拟表明，我们实现的几何门具有更高的精度和更强的鲁棒性，优于相应的动态的最佳性能。因此，我们的计划提供了一个有前途的替代方式走向可扩展的容错固态量子计算。
2020-12-06 quant-ph
Long-time Low-latency Quantum Memory by Dynamical Decoupling
量子存储器是量子信息处理设备的核心部件，它需要提供对任意态的高保真存储、长存储时间和小访问时间。尽管越来越多的人对应用物理层错误抑制策略来提高并行性感兴趣，但以前不可能用单一方法来满足这种竞争需求。在这里，我们使用一个实验验证的理论框架，以确定定期重复的高阶动态解耦序列作为一个系统的战略，以满足这些挑战。我们提供了分析边界验证的数值计算相关的控制序列的特性，并表明，“频闪饱和”的相干性，或相干高原，可以设计，即使在存在实验缺陷。这使得高保真存储的时间可以非常长，这意味着我们的设备无关的结果应该证明有助于生产实际有用的量子技术。
2013-07-23 quant-ph
Toward Exploring Phase Diagrams of Gauge Theories on Quantum Computers with Thermal Pure Quantum States
针对经典Monte-Carlo方法求解格点量子色动力学时存在的符号问题，提出了一种非零密度下有限温度格点规范理论的量子计算方法.基于统计力学的热纯量子态形式主义，当扩展到规范理论系统时，我们的方法允许无符号问题的热期望值和非等时间关联函数的量子计算。通过采取一个简单的格点规范理论，经典的基准是可能的，即$\mathbb{Z}_2$格点规范理论在1+1维有限的化学势，我们讨论的资源需求和鲁棒性的算法和硬件缺陷的近期量子硬件实现。
2022-12-21 hep-lat hep-ph quant-ph
Analyzing Strategies for Dynamical Decoupling Insertion on IBM Quantum Computer
近场量子器件存在误差，退相干误差是不可忽略的误差源之一。动态解耦（DD）是一种众所周知的保护空闲量子比特免受退相干错误影响的技术。然而，插入DD序列的最佳方法仍然不清楚。在本文中，我们确定了导致空闲量子位的不同条件，并在这些特定条件下评估DD插入的策略。具体来说，我们根据空闲量子位与其他量子位的耦合程度将其分为串扰空闲量子位和空闲空闲量子位，并报告了这两种空闲量子位的DD插入策略。我们还进行了拉姆齐实验，以了解战略选择背后的原因。最后，我们为小型电路的DD插入和大规模电路设计的见解提供了设计指南。
2022-04-29 quant-ph
Effects of Dynamical Decoupling and Pulse-level Optimizations on IBM Quantum Computers
目前可用的量子计算机容易出错。需要电路优化和错误缓解方法来设计量子线路，以在NISQ硬件上执行时实现更好的保真度。动态解耦（DD）通常用于抑制退相干误差，并已提出不同的DD策略。此外，可以通过脉冲级优化来提高电路保真度，例如创建硬件本地脉冲高效门。本文实现了所有流行的DD序列，并评估了它们在IBM量子芯片上的性能，这些芯片具有不同的特性，适用于各种知名的量子应用。此外，我们还研究了将DD与脉冲级优化方法相结合，并将其应用于QAOA求解Max-Cut问题。基于实验结果，我们发现DD仅对某些类型的量子算法有益，而DD和脉冲级优化方法的组合总是具有积极的影响。最后，我们为用户提供了几个指南，以学习如何使用这些噪声抑制方法在IBM量子计算机上构建高保真量子应用电路。
2022-09-02 quant-ph
