Qubit Mediated Time Robust Entangling of Oscillators in Thermal Environments
我们考虑两个分离的振荡器最初处于平衡状态，并与热环境持续相互作用，并提出了一种使用中介量子比特使它们纠缠的方法。适当的相互作用允许开放系统的分析处理，消除了微调相互作用时间的必要性，并导致纠缠对有限温度的高容忍度。振荡器之间由此产生的纠缠可以通过依赖于振荡器奇偶性测量的贝尔不等式或通过将纠缠有条件地提取到两个相互不相互作用的量子比特上来验证。后者的过程也表明，所产生的混合纠缠态的振子是一个有用的资源纠缠量子比特。通过考虑环境的影响，采取可行的量子位振荡器相互作用和测量设置，该方案应该可以在各种实验设置中实现。为主方程的解所提出的方法也可以适用于涉及相同形式的量子位-振子相互作用的各种问题
2009-12-11 quant-ph
Entangling Power and Its Deviation: A Quantitative Analysis on Input-State Dependence and Variability in Entanglement Generation
Yonsei University（延世大学）
本文提出纠缠能力偏差（EPD）作为补充指标，用于更全面地表征纠缠生成的输入-状态依赖性和变异性。
2026-01-11 quant-ph
Qubit Parity Measurement by Parametric Driving in Circuit QED
多量子比特奇偶校验测量对于量子纠错是必不可少的。目前这些测量的实现通常依赖于辅助量子位，这种方法对故障的两量子位门敏感，并且需要大量的实验开销。我们提出了一个硬件有效的多量子比特奇偶性测量利用参数驱动的非线性振荡器的分岔动力学。这种方法利用了谐振器的参数振荡阈值，该阈值是色散耦合量子比特的联合奇偶性的函数，导致一个奇偶子空间的高振幅振荡，而另一个奇偶子空间没有振荡。我们提出了分析和数值计算结果的两个和四个量子比特的奇偶校验测量与高保真读出保持奇偶本征空间。此外，我们讨论了一种可能的实现，它可以很容易地实现与电流电路QED实验工具箱。这些结果可能会导致显着简化的实验实施的量子纠错，特别是表面码。
2018-02-27 quant-ph
QRC-Lab: An Educational Toolbox for Quantum Reservoir Computing
Military Institute of Engineering (IME)（军事工程学院）；Venturus Innovation Center（Venturus创新中心）
QRC-Lab是一个开源工具箱，旨在通过教育案例研究和理论分析，促进量子共振计算在机器学习中的应用与研究。
2026-02-03 quant-ph
Entangling spins using cubic nonlinear dynamics
具有大量$N$原子自旋的纠缠态是量子信息处理和量子精密测量的关键成分。目前，这种状态的制备主要依赖于二次非线性动力学。本文利用立方非线性动力学理论，研究了量子费舍尔信息见证下自旋-自旋多体纠缠的制备。我们发现，在弱耦合的制度，立方计划可以大大加快纠缠产生的速度相比，二次计划（约$N$倍快）。在强耦合区，立方非线性动力学使得在时间上周期性地产生各种各样的新型宏观叠加态，这使我们能够实现近海森堡极限的相位灵敏度。此外，我们还发现了一个有趣的特性，即三次方案产生的纠缠量对$N$的宇称具有宏观的敏感性，这在二次非线性动力学中是没有的，可以用来在单自旋水平上检测$N$的宇称.我们还提出了一种新的方法，快速和高保真度的最大纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的产生。通过使用一种替代的二次混合型非线性相互作用，我们表明，可以加速GHZ态产生的过程。还考虑了立方非线性动力学的实现，表明立方非线性动力学可以通过重复使用线性和二次非线性动力学或利用光介导的相互作用在一个步骤中实现。最后，通过考虑实际的缺陷，我们发现立方格式对强耦合区的单自旋衰变是敏感的，而对集体退相是鲁棒的。
2023-01-11 quant-ph
Entangling four logical qubits beyond break-even in a nonlocal code
本文在 Quantinuum H2 上用 $[\\![25,4,3]\\!]$ 非局域 qLDPC 码编码四逻辑量子比特 GHZ 态，并以交换门实现逻辑纠缠，保真度超过未纠错物理方案及盈亏平衡点。
2024-08-05 quant-ph
Minimally Universal Parity Quantum Computing
本文证明实现通用奇偶量子计算最少只需一个（逻辑量子比特数为偶数时）或两个辅助量子比特，并给出奇偶门集通用性的充分条件，由此得到多种最小实现和新型MBQC通用资源。
2025-09-23 quant-ph
Multi-Qubit Parity Gates for Rydberg Atoms in Various Configurations
Parity Quantum Computing Germany GmbH（帕里量子计算德国有限公司）；Parity Quantum Computing GmbH（帕里量子计算有限公司）；Parity Quantum Computing France SAS（帕里量子计算法国公司）；Institute for Theoretical Physics, University of Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）
本文提出通过全局相位调制Rydberg激发激光实现多量子比特奇偶相门，采用时间轮廓优化减少噪声影响，支持非等距原子配置下的可靠门操作。
2025-06-11 quant-ph
Experimental demonstration of continuous quantum error correction
量子信息的存储和处理容易受到外部噪声的影响，导致计算误差具有内在的连续性，抑制这些影响的有力方法是使用量子纠错。通常，量子纠错在离散轮中执行，其中误差被数字化并通过投影多量子比特奇偶校验测量来检测。这些稳定器测量传统上是通过纠缠门和辅助量子比特上的投影测量来实现的，以完成一轮纠错。然而，它们的门结构使它们容易受到代码中特定时间发生的错误和辅助量子比特上的错误的影响。在这里，我们使用直接奇偶测量以资源有效的方式实现连续的量子位翻转校正码，消除纠缠门，辅助量子位及其相关的错误。连续测量由FPGA控制器监控，该控制器在检测到错误时主动纠正错误。使用这种方法，我们实现了高达91%的平均位翻转检测效率。此外，我们使用该协议将受保护的逻辑量子比特的弛豫时间增加到裸组成量子比特的弛豫时间的2.7倍。我们的研究结果展示了多量子位架构中资源高效的稳定器测量，并展示了连续纠错码如何解决实现容错系统的挑战。
2021-07-23 quant-ph
Tunable photon-mediated interactions between spin-1 systems
在腔QED或量子纳米光子设置中的量子光发射器之间的虚光子的交换引起它们之间的相互作用，这可以用于量子信息和模拟目的。到目前为止，这些相互作用主要是针对两能级发射体的，这限制了它们在量子比特之间的量子门工程或模拟自旋1/2量子多体模型中的应用。在这里，我们展示了如何利用多层次发射器与几个光学转换工程师的有效自旋1系统之间的光子介导的相互作用的广泛类别。我们通过分析和数值技术来表征它们的性能，并提供基于碱原子的原子级结构的具体实现。我们的结果扩展了量子模拟工具箱，可在这样的腔QED和量子纳米光子设置，并开辟了新的方式工程量子纠缠门之间。
2022-06-03 quant-ph
Quantum interference device for controlled two-qubit operations
通用量子计算依赖于高保真纠缠运算。在这里，我们证明了四个耦合的量子比特可以作为一个量子门运行，其中两个量子比特控制两个目标量子比特（四量子比特门）的操作。这种配置可以实现四种不同的受控双量子位门：两种不同的纠缠交换和相位操作、区分不同奇偶校验状态的相位操作以及身份操作（空闲量子门），其中门的选择由控制量子位的状态设置。该设备利用量子干涉来控制目标量子位的操作，通过控制量子位将它们彼此耦合。通过在二维晶格中连接几个四量子比特设备，可以实现高度连接的量子计算机。我们考虑一个超导量子位的四量子位门的实现，使用排列在菱形架构中的电容耦合量子位。
2019-08-17 quant-ph
Universal qudit gate synthesis for transmons
该工作设计基于transmon的qudit量子处理器，提出含交叉共振纠缠门的通用门集，实现高保真门合成与嵌入式纠错，证明通用qudit控制在当前架构中可行。
2023-08-31 quant-ph
Arbitrary-phase CZ gate and remote readout across spatially separated superconducting nodes
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Quantum Center, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院量子中心）
本研究在跨空间分离的超导节点间实现了任意相位CZ门，通过双向光子传输协议调谐条件相位，并实现了无需远程节点主动参与的远程单发读取，为分布式量子计算提供了基础操作。
2026-10-06 quant-ph
Flying-cat parity checks for quantum error correction
提出基于量子非破坏纠缠操作的“飞行猫”多量子比特宇称校验方法，分析了光子损耗引起的物理比特错误与测量错误的反相关权衡，并展示了其在子系统表面码容错计算、四面体纠缠态制备及量子密钥分发中的实际应用。
2024-06-04 quant-ph
Universal MBQC with generalised parity-phase interactions and Pauli measurements
我们介绍了一个新的家庭模型的测量为基础的量子计算，这是确定性的和近似的普遍性。扮演图形状态角色的资源状态经由形式为$\exp(-i\fracπ{2^{n}} Z\otimes Z)$的2量子位门来准备。当$n = 2$，这些是等价的，直到当地的克利福德酉，图形状态。然而，当$n > 2$，他们的行为分歧在两个重要的方面。首先，纠缠门对一对量子比特的多次应用产生了非平凡的纠缠，因此节点之间的多个平行边在这些广义图状态中起着重要作用。第二，这种状态可用于仅使用Pauli $Z$和$X$测量和前馈来实现确定性的、近似通用的计算。即使对于$n > 2$，相关的资源状态不再是稳定器状态，它们也允许使用ZX演算进行直接的图形表示。使用这种表示，我们能够提供一个简单的，图形的普遍性证明。我们还表明，对于每一个$n > 2$这个家庭是能够产生所有的Clifford门和所有对角门的$n$ -th级的Clifford层次。
2019-04-16 quant-ph
Entangling two transportable neutral atoms via local spin exchange
为了推进量子信息科学，一个不断的追求是寻找满足创建和保持量子纠缠的严格要求的物理系统。在原子物理学中，稳健的两量子比特纠缠通常是通过离子之间的库仑相互作用或里德伯原子之间的偶极相互作用形式的强的长程相互作用来实现的。虽然这些相互作用允许快速门，但受到这些相互作用的原子必须克服与环境的相关耦合和量子位之间的串扰。局部相互作用，例如那些需要显著波函数重叠的相互作用，可以减轻这些不利影响，但也提出了一个新的挑战：为了分散纠缠，量子比特必须被传输，合并以进行相互作用，然后隔离以进行存储和后续操作。在这里，我们展示了如何通过移动光镊，它是可能的准备和本地纠缠两个超冷中性原子，然后将它们分开，同时保持它们的纠缠。虽然基态中性原子实验已经测量了与自旋纠缠一致的动力学，并检测到与宏观可观测量的纠缠，但我们现在能够通过应用局部梯度和宇称测量来证明位置分辨的两粒子相干性;这种新的纠缠验证协议可以应用于空间分离原子的任意自旋纠缠态。局域纠缠操作是通过超冷自旋交换相互作用实现的，量子隧穿被用来结合和分离原子。我们的工具集提供了一个框架，用于通过大规模量子寄存器内的本地操作动态纠缠远程量子位。
2015-11-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Entanglement of two non-interacting qubits via a mesoscopic system
我们提出了一种通过中间介观系统间接测量两个非相互作用量子比特的宇称来纠缠它们的方法。该协议的目的是只需要全局控制和粗粒度的集体测量的介观系统以及目标量子比特和介观系统之间的局部相互作用。该方法的一个推广是测量量子比特态的汉明重量，并通过后选择汉明重量1来概率地产生纠缠态。我们的技术提供了一个新的设计元素，可以集成到量子处理器架构和量子测量设备。
2018-06-01 quant-ph
Frequency-Multiplexed Parallel Gates for Quantum LDPC Codes in a Two-Dimensional Ion Crystal
Center for Quantum Information, Institute for Interdisciplinary Information Sciences, Tsinghua University（清华大学交叉信息研究院量子信息中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；New Cornerstone Science Laboratory, Institute for Interdisciplinary Information Sciences, Tsinghua University（清华大学交叉信息研究院新基石科学实验室）
针对量子LDPC码症候测量需非局域纠缠门的问题，提出频分复用方案实现二维离子晶体上的并行非局域纠缠门，通过绝热条件优化后可达到10^-12的逻辑错误率。
2026-09-10 quant-ph
Measurement-based Simulation of Geometric Gates in Topological Qubits on NISQ Devices
针对 MZM 编织实验实现难题，本文在 NISQ 设备上用逻辑量子比特的 Pauli 宇称测量模拟 MZM Y 型结编织，并以小规模联合测量实现几何门与哈密顿量模拟演示。
2025-07-25 quant-ph
Gate-based Readout and Cooling of Neutral Atoms
California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究提出了一种基于辅助原子的工具箱，通过高保真性Rydberg纠缠门和辅助原子缓解中性原子阵列中的硬件限制，实现了多次辅助原子读取、量子信息转换和算法冷却。
2026-03-23 quant-ph
Parity Cross-Resonance: A Multiqubit Gate
Peter Grünberg Institute, Forschungszentrum Jülich（彼得·格林堡研究所，吕贝克研究中心）；Jülich-Aachen Research Alliance (JARA)（吕贝克-亚琛研究联盟（JARA））；Fundamentals of Future Information Technologies（未来信息科技基础）；Institute for Quantum Information, RWTH Aachen University（量子信息研究所，亚琛RWTH大学）；Department of Software Technology, Delft University of Technology（软件技术系，代尔夫特理工大学）
提出一种原生三量子比特纠缠门，通过混合优化方法实现控制-控制-目标和控制-目标-目标操作，用于GHZ态制备、Toffoli逻辑和受控ZZ门，提升表面码稳定子测量保真度。
2026-06-09 cs.LG math.OC quant-ph
A Spin-Optical Quantum Computing Architecture
我们提出一种结合量子发射器与线性光学纠缠门的模块化混合架构，实现容错量子计算，支持任意量子纠错码，尤其保持低密度奇偶校验码的可扩展性，并展现出与全光子架构相当的损耗容忍度。
2024-07-17 quant-ph
Optical Entanglement of Distinguishable Quantum Emitters
固态量子发射器由于其长寿命的自旋存储器、高保真的局域操作和用于远程纠缠的光学连接性而成为实现量子网络的有希望的候选者。然而，由于局部环境的差异，固态发射器通常具有一系列不同的跃迁频率，这使得在任意发射器对之间创建光学介导的纠缠具有挑战性。我们提出并证明了一种有效的方法纠缠发射器与光学跃迁分离的许多线宽。在我们的方法中，电光调制器使单个光子能够预示一对自旋量子位的宇称测量。我们实验证明了该协议使用两个硅空位中心在金刚石纳米光子腔，与光学跃迁分离7.4 GHz。与可区分的发射器一起工作允许单独的量子比特寻址和读出，使得能够并行控制和纠缠位于同一位置和空间分离的发射器，这是扩大量子信息处理系统的关键一步
2021-08-24 quant-ph
Engineering Non-Gaussian Bosonic Gates through Quantum Signal Processing
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本文提出利用量子信号处理技术在混合qumode-qubit系统上工程化非高斯门，实现高精度、固定时间的SNAP门替代方案，并拓展至纠缠qudit、猫态生成及非酉操作。
2026-09-15 quant-ph
Measurement-Based Entanglement of Semiconductor Spin Qubits
该研究针对半导体自旋量子比特的基于测量的纠缠问题，推导了硅双点摆动模式自旋量子比特对的随机主方程并开展数值模拟，发现提升腔外耦合率可在保持一定产率的情况下显著提高纠缠保真度，为实验实现提供了方向。
2023-12-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Partitioning qubits in hypergraph product codes to implement logical gates
研究超图积码中的横向门，通过构建辛正则基证明横向门可实现Hadamard和控制-Z门，结合纠错可实现任意逻辑比特间的纠缠门，为LDPC码上的通用容错量子计算奠定基础。
2023-10-17 quant-ph
History states of one-dimensional quantum walks
我们分析了历史态形式在量子行走中的应用。形式主义允许一个人来描述整个步行通过一个纯量子历史状态，它可以从一个永恒的本征值方程。它自然地导致了行走的系统时间纠缠的概念，它可以被认为是行走中访问的正交状态的数量的度量。然后，我们专注于一维离散量子行走，它表明，这种纠缠是独立的初始自旋方向为真正的阿达玛型硬币运营商和真正的初始状态（在标准的基础上）与明确的网站宇称。此外，在初始定域粒子的情况下，它可以与产生整个历史态的酉整体算符的纠缠相一致，这与它的纠缠功率有关，并且可以解析地评估。此外，还证明了自旋子系统的演化也可以用扩展时钟的自旋历史态来描述。它的平均纠缠度（在所有的初始状态）和运营商产生这个状态之间的联系也得出来。还提供了用于生成量子行走历史状态的量子线路。
2022-12-27 quant-ph
Witnessing entanglement in trapped-ion quantum error correction under realistic noise
该研究针对囚禁离子量子纠错中的噪声问题，建立了两比特光移门的微观错误模型，推导了主导误差与有效错误模型，并借助纠缠见证量化了现实噪声下QEC模块电路产生的多体纠缠，补充了相关研究。
2023-12-13 quant-ph
A direct controlled-phase gate between microwave photons
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；Department of Physics, National University of Singapore（新加坡国立大学物理系）
本文提出利用微波光子在两个超导谐振腔中的直接非线性耦合实现受控相门，通过抑制非线性耦合器的退相干和泄漏，提高量子存储寿命。
2026-04-05 quant-ph
A Coherent Quantum Annealer with Rydberg Atoms
在不同的物理平台上实现量子退火有着重要的持续努力。挑战在于实现具有相干绝热量子动力学的完全可编程量子器件。在这里，我们表明，结合成熟的里德伯原子的量子模拟工具箱与最近提出的Lechner-Hauke-Zoller~（LHZ）架构允许建立一个原型的相干绝热量子计算机与所有的伊辛相互作用，因此，一个新的平台，量子退火。在LHZ中，将无限程自旋玻璃映射到自旋为1/2的格点规范模型的低能子空间上。这种自旋模型可以用一种自然的方式来模拟，铷和铯原子在一个二分光晶格中，涉及激光修饰的里德伯-里德伯相互作用，这比相关的退相干率大几个数量级。这使得相干量子增强优化协议的探索与最先进的原子物理学实验。
2016-11-08 cond-mat.other quant-ph
Synchronous manipulation of nuclear spins via boron vacancy centers in hexagonal boron nitride
本研究提出以hBN中VB-中心的电子自旋为控制量子比特，通过控制脉冲集体操控周围核自旋，实现高保真同步三量子比特门及保真度0.99的GHZ态制备，且协议具备抗噪性，为hBN核自旋的量子技术应用奠定基础。
2025-05-21 cond-mat.other quant-ph
Optimizing Superconducting Three-Qubit Gates for Surface-Code Error Correction
本文为超导transmon量子比特设计35 ns、99.96%保真度的三量子比特CZZ门，并证明其可提升表面码纠错阈值、降低逻辑错误率。
2025-06-10 quant-ph
Andreev spin qubits bound to Josephson vortices in spin-orbit coupled planar Josephson junctions
University of Maryland（马里兰大学）；Cornell University（康奈尔大学）
本文提出了一种基于自旋轨道耦合的平面约瑟夫森结中的涡流自旋量子比特，通过磁通量驱动实现单量子比特门，并利用cQED技术进行读出，同时减少设备复杂性。
2025-12-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of coherent flux-charge interaction in a gate-tunable fluxonium
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Bayerische Akademie der Wissenschaften（巴伐利亚科学院）
研究通过利用电压可调约瑟夫森结演示磁通-电荷耦合，借助宇称选择规则分离耦合与寄生电容，实现与驱动幅度线性相关且对栅极电压一阶不敏感的耦合，拓宽超导电路工具库。
2026-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived Bell states in an array of optical clock qubits
在光学时钟跃迁上产生长寿命纠缠是开启量子精密测量前景的关键要求。中性原子阵列构成了一个能够访问这种物理的量子平台，其中基于里德伯的相互作用可以在单独控制和解析的原子之间产生纠缠。为此，我们利用光镊提供的可编程状态准备以及3d光晶格的有效强限制来准备锶原子对在其运动基态的系综。我们通过绝热Rydberg敷料在光学时钟跃迁上设计全局单量子比特门和双量子比特纠缠门，从而能够以$\mathcal{F}= 92.8(2.0)$ %的保真度生成Bell态$|ψ\rangle = \frac{1}{\sqrt{2}}\left(|gg\rangle + i|ee\rangle \right)$。对于量子精密测量的使用，这是进一步的关键，由此产生的纠缠是长寿的，我们发现，通过奇偶关联和纠缠和未纠缠的合奏之间的同时比较的相干性的贝尔状态的寿命为$τ_{bc} = 4.2(6)$ s。这样的贝尔状态对于增强可调谐性和带宽是有用的。利用光镊将数百个原子进一步重新排列成任意结构，将使多量子比特门和团簇态的产生成为可能，并将探索具有纠缠或有限范围相互作用隧穿子的横场伊辛模型和哈伯德模型。
2021-11-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Concurrent Remote Entanglement with Quantum Error Correction
远距离、非相互作用的量子实体的远程纠缠是量子信息处理的关键原语。我们提出了一个新的协议，远程纠缠两个静止的量子比特，首先纠缠他们与传播的辅助量子比特，然后进行联合的两个量子比特测量的辅助。随后，在每个辅助环上执行单量子比特测量。我们描述了两个连续变量实现的协议，使用传播微波模式。第一种实现方式使用传播的Schr $\rm{\ddot{o}}$ dinger猫态作为飞行辅助量子比特，用于双量子比特测量的传播模式的联合光子数模2测量和零差检测作为最终的单量子比特测量。现实量子系统中存在的低效率限制了产生高保真Bell态的成功率。这促使我们提出了第二个连续变量的实现，在那里我们使用量子纠错，以抑制退相干由于光子损失到一阶。为此，我们将辅助量子比特编码为给定光子数奇偶校验的薛定谔猫态的叠加，使用联合光子数模4测量作为双量子比特测量，零差检测作为最终的单量子比特测量。我们证明了我们的量子纠错远程纠缠方案的缺陷的弹性。此外，我们描述了一个修改我们的纠错方案，通过将额外的个人光子数模2测量的辅助模式，以提高成功率产生高保真贝尔态。我们的协议可以直接实现在国家的最先进的超导电路QED系统。
2016-06-03 cs.IT math.IT quant-ph
Provably Optimal Quantum Circuits with Mixed-Integer Programming
本研究提出深度感知量子电路编译优化框架，通过混合整数规划实现可证明的深度最优性，结合滚动时域优化扩展规模，在基准测试中实现显著加速与门数降低，相关方法已开源。
2025-10-01 cs.MS math.OC quant-ph
