迈向大规模量子计算

用于Kane量子计算机的快速非绝热双量子比特门

Fast Non-Adiabatic Two Qubit Gates for the Kane Quantum Computer

在本文中，我们应用两个量子比特幺正的正则分解，以找到脉冲方案来控制建议的凯恩量子计算机。我们明确地找到CNOT，交换，交换的平方根和受控Z旋转的脉冲序列。我们分析了这些门的速度和保真度，这两个比较有利的现有计划。本文提出的脉冲序列在理论上是更快，更高的保真度，比现有的计划简单。任何两个量子比特门可以很容易地找到并使用类似的脉冲序列来实现。数值仿真验证了各脉冲方案的准确性。

三维凯恩费米子中的深层强光-物质耦合

Deep Strong light-matter Coupling in 3D Kane Fermions

研究通过实现凯恩费米子的Landau极化子，探索深层强光-物质耦合现象，发现非线性Landau能级结构中自然出现反磁项，消除了超辐射相变的可能性，拓展了强耦合物理的应用领域。

核自旋量子比特间距为100 nm的半导体量子计算机设计

Semiconductor quantum computer design with 100 nm separation of nuclear-spin qubits

我们结合了Privman、Vagner和Kventsel以及Kane在1998年提出的量子计算方案中的元素，以及通过杂质原子的束缚外层电子间接介导的核自旋量子比特相互作用的新思想，杂质原子的核自旋1/2是量子比特。这些电子又通过二维电子气以量子霍尔效应方式相互作用。由此产生的量子计算方案保留了凯恩提议的所有门控和测量方面，但允许量子比特间隔在100 nm量级的距离，这是用当今的异质结器件技术可以实现的。

全局控制与快速固态施主电子自旋量子计算

Global control and fast solid-state donor electron spin quantum computing

我们提出了一个基于半导体中施主电子自旋的量子信息处理方案，该方案的架构与最初的凯恩方案互补。我们表明，一个天真的实现电子自旋量子比特只提供了适度的改进凯恩计划，但通过引入全局门控制，我们能够充分利用快速电子演化的时间尺度。我们估计，在$T_{2}/T_{ops}$接近$10^{6}$水平的情况下，潜在时钟速度是核自旋量子计算机的100-1000倍。

Kane-Fisher量子杂质问题中的纠缠流

Entanglement flow in the Kane-Fisher quantum impurity problem

本文利用带修正键的XXZ自旋链实现Kane-Fisher普适类，通过DMRG和共形微扰论研究奇偶子系统的纠缠熵差及其在不动点附近的纠缠流。

固体量子计算机中作为退相干源的随机噪声

Stochastic Noise as a Source of Decoherence in a Solid State Quantum Computer

我们研究了一个随机噪声过程，它对Kane提出的固态量子计算机的量子寄存器中量子比特的平均演化具有消散效应。我们认为，这个过程中的影响上的单量子位操作必要的执行量子逻辑门，并推导出在这个系统中的这些门的保真度的表达式。然后，我们计算一个上限的水平，这种随机噪声容忍在一个可行的量子计算机。

硅基施主电子自旋量子计算的最优控制

Optimal control of the silicon-based donor electron spin quantum computing

我们演示了如何梯度上升脉冲工程最优控制方法可以实现施主电子自旋量子位在硅半导体的架构互补的原始凯恩的建议。我们专注于高保真控制非（CNOT）门，并明确找到其数字化的控制序列，通过优化其保真度的超精细A和交换J相互作用的外部控制。这种高保真CNOT门的误差约为$10^{-6}$，低于容错量子计算所需的误差阈值，其100 ns的操作时间比所提出的全局控制方案的297 ns快约3倍。它也大大放宽了Kane提出的10~ 20 nm的两个相邻施主原子之间的距离限制，使其在30 nm左右，用现有的制造技术可以建立表面A和J门。讨论了控制电压波动、偶极-偶极相互作用和电子自旋退相干对CNOT门保真度的影响。

扶手椅型条带几何结构量子自旋霍尔相中拓扑保护边缘态的严格分析

Rigorous analysis of the topologically protected edge states in the quantum spin Hall phase of the armchair ribbon geometry

针对扶手椅型边界条带中Kane-Mele模型的边缘态，提出动量空间映射到双足梯型扩展Su-Schrieffer-Heeger模型的解析方法，推导其解析性质，解释窄条带体-边对应失效原因，为拓扑系统研究提供新见解。

量子计算中抑制退相干的新策略

New strategy for suppressing decoherence in quantum computation

量子位的浴与外部系统（即，与浴的环境）的可控强相互作用允许选择量子位的状态的退相干可以显著降低（在一定限度内：完全避免）的条件。所谓“大幅降低”，我们的意思是涉及浴状态的相关性证明可以忽略不计，而量子位和环境状态之间的相关性可以在相对较长的时间间隔内变得无效。因此，有效地，人们可以选择条件，在该条件下，对于足够长的时间间隔，“量子位+浴”的初始状态保持不变，从而消除任何类型的错误。该方法已成功地应用于Kane提出的固体核量子计算机的简化模型中。

基于磁偶极耦合的硅量子计算

Silicon quantum computation based on magnetic dipolar coupling

提出了一种偶极门替代基于交换门的凯恩量子计算机，其中量子比特是硅中浅V族施主的电子自旋。剩余交换耦合被视为适合于量子纠错的门误差，去除了对所有基于硅交换的实现的施主定位特性的严格要求[B. Koiller等人，物理修订版信函88，027903（2002）]。与常见的推测相反，这样的方案是可扩展的，即使它是基于长距离偶极量子位间耦合，也没有门控时间的开销。

自旋输运和准二维施体量子计算体系结构

Spin transport and quasi 2D architectures for donor-based quantum computing

通过引入一种新的电子自旋输运机制，提出了一种二维施主电子自旋量子计算机体系结构。该设计解决了原始凯恩设计中的主要技术问题，包括交换耦合强度的空间振荡和门控制中的串扰。还预期在量子位门中引入一定程度的非局部性将显著提高最近邻线性阵列的缩放容错阈值。

Cryptanalysis of Three Quantum Money Schemes

We investigate the security assumptions behind three public-key quantum money schemes. Aaronson and Christiano proposed a scheme based on hidden subspaces of the vector space $\mathbb{F}_2^n$ in 2012. It was conjectured by Pena et al in 2015 that the hard problem underlying the scheme can be solved in quasi-polynomial time. We confirm this conjecture by giving a polynomial time quantum algorithm for the underlying problem. Our algorithm is based on computing the Zariski tangent space of a random point in the hidden subspace. Zhandry proposed a scheme based on multivariate hash functions in 201…

多项式插值的最优量子算法

Optimal quantum algorithm for polynomial interpolation

我们考虑确定GF（q）上的d次多项式的系数所需的量子查询的数量。Kane和Kendall以及Meyer和Pommersheim独立给出的下界表明，需要d/2+1/2量子查询才能以有界误差解决这个问题，而Boneh和Zhandry的算法表明d量子查询是足够的。我们表明，下界是可实现的：d/2+1/2量子查询足以确定有界误差的多项式。此外，我们表明，d/2+1查询足以实现概率接近1大q。这些上界改进了Boneh和Zhandry关于密码协议抵抗量子攻击的不安全性的结果。我们还表明，我们的算法的成功概率作为查询的数量的函数是完全最优的。此外，该算法可以实现与门复杂度poly（log q）的成功概率可以忽略不计的减少。最后，我们对多元多项式插值的量子查询复杂度进行了一个猜想。