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量子计算依赖于开发能够抵抗汉密尔顿量中微小且不受控制的参数变化的量子设备。人们可以通过实时估计这种不受控制的变化来应用反馈，以稳定量子设备并提高其相干性。这项任务对于许多量子平台（如自旋、超导电路、捕获原子和其他用于抑制或纠正错误的平台）都很重要。半导体自旋量子比特具有长相干时间、紧凑尺寸以及与现有半导体技术大规模集成的潜力，因此具有吸引力。然而，到目前为止，自旋量子比特凭借所选设备的高保真操作而大放异彩。进一步的可扩展性和可重复性可能需要主动补偿环境波动。在本论文中，我们专注于实时闭环反馈协议，以估计量子比特汉密尔顿量参数的不受控制的波动，然后提高量子比特旋转的质量。首先，我们使用低延迟量子控制器相干地控制自旋量子比特。该协议使用在砷化镓双量子点中实现的单重态-三重态自旋量子比特。我们在两个控制轴上建立实时反馈，并提高相干自旋旋转的最终品质因数。即使汉密尔顿量的某些分量完全受噪声控制，我们也展示了噪声驱动的相干控制。作为一种应用，我们在两个波动的控制轴存在的情况下实现了 Hadamard 旋转。接下来，我们提出了一种基于物理的实时汉密尔顿估计协议。我们通过根据福克-普朗克方程更新其概率分布来实时估计双点内波动的核场梯度。我们通过基于先前的测量结果自适应地选择电子单重态对的自由演化时间，进一步改进了基于物理的协议。与以前的方案相比，该协议将估计速度提高了十倍。最后，我们提出了一种自适应频率二进制搜索方案，用于有效跟踪共振驱动量子比特中的低频波动。我们实时地实施贝叶斯算法来估计磁通可调的 transmon 量子比特中的低频磁通噪声，其相干性和保真度得到了改善。此外，我们通过门集层析成像显示，我们的频率跟踪协议最大限度地减少了系统中的漂移量。我们的方法引入了闭环反馈方案，旨在减轻退相干的影响并延长量子系统的寿命。这篇论文推动了该领域的发展，即集成量子比特硬件和控制硬件，并实施计算机科学中的贝叶斯估计和优化方法。
量子比特的实时量子控制
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