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基于素数的独特门控策略标识符...
门控是细胞仪数据分析的一个基本和基本过程，因为它定义了感兴趣的细胞类型。当前，没有普遍接受的方法来代表和共享软件，出版物和存储库之间的门控策略。i建议使用质量总体系统与哥德尔数字的修改版本相结合，以唯一识别任何门控策略。主要人口系统首先用于识别双变量图上的大门；依次使用Gödel数来设置分层门控策略的序列。该过程结果是任何现有和将来的门控策略的独特识别剂。独特的识别剂具有，因为根据算术的基本定理，除一个自然数字以外的每个自然数字都是素数，也是质量数的产物，并且每个非质量数字都可以以一种方式将其纳入素数。此方法代表了迈向细胞术元数据算法的进一步步骤。
利用线性光学和时频编码实现任意单量子比特门的并行合成
我们提出了新方法，用于精确合成具有高成功概率和门保真度的单量子比特幺正，同时考虑了时间箱和频率箱编码。所提出的方案可通过光谱线性光学量子计算 (S-LOQC) 平台进行实验，该平台由电光相位调制器和相位可编程滤波器（脉冲整形器）组成。我们评估了两种编码中任意门生成的两种最简单的 3 组分配置的保真度和概率性能，并使用单音射频 (RF) 驱动 EOM，为时间箱编码中任意单量子比特幺正的合成提供了精确的解析解。我们进一步研究了使用紧凑实验装置在多个量子比特上并行化任意单量子比特门，包括光谱和时间编码。我们系统地评估和讨论了 RF 带宽（决定驱动调制器的音调数量）以及不同目标门的编码选择的影响。此外，我们还量化了在实际系统中驱动 RF 音调时，可以并行合成的高保真 Hadamard 门的数量，且所需资源最少且不断增加。我们的分析将光谱 S-LOQC 定位为一个有前途的平台，可进行大规模并行单量子位操作，并可能应用于量子计量和量子断层扫描。
在量子速度极限下实现双量子比特门
基本量子门（尤其是双量子比特门）的速度最终决定了量子电路运行速度的极限。在这项工作中，我们通过实验证明了常用的双量子比特门的速度几乎是两个超导传输量子比特之间的物理相互作用强度所允许的最快速度。我们通过实施使用机器学习启发的最优控制方法设计的实验门来实现这一量子速度极限。重要的是，我们的方法仅要求单量子比特驱动强度略大于相互作用强度，即可实现接近其分析速度极限的任意双量子比特门，并且保真度高。因此，该方法适用于各种平台，包括具有可比单量子比特和双量子比特门速度的平台，或具有始终在线相互作用的平台。我们期望我们的方法能够为非原生双量子比特门提供显著的加速，而这通常是通过一长串单量子比特和原生双量子比特门来实现的。
高磁场下捕获离子多量子比特门的自发辐射比较
潘宁阱已用于对数百个离子进行量子模拟和传感，并提供了一种扩大捕获离子量子平台的有希望的途径，因为它能够在二维和三维晶体中捕获和控制数百或数千个离子。在潘宁阱和更常见的射频保罗阱中，激光通常用于驱动多量子比特纠缠操作。这些操作中退相干的主要来源是非共振自发辐射。虽然许多捕获离子量子计算机或模拟器使用时钟量子比特，但其他系统（尤其是具有高磁场的系统，如潘宁阱）依赖于塞曼量子比特，这需要对这种退相干进行更复杂的计算。因此，我们从理论上研究了自发辐射对在高磁场中使用捕获离子基态塞曼量子比特执行的量子门的影响。具体来说，我们考虑了两种类型的门——光移位（ ˆ σ zi ˆ σ zj ）门和 Mølmer-Sørensen（ ˆ σ xi ˆ σ xj ）门——它们的激光束近似垂直于磁场（量化轴），并比较了每种门中的退相干误差。在每种门类型中，我们还比较了与驱动门所用的激光束的失谐、偏振和所需强度有关的不同工作点。我们表明，这两种门在高磁场下的最佳工作条件下都能具有相似的性能，并研究了各种工作点的实验可行性。通过检查每个门的磁场依赖性，我们证明，当 P 态精细结构分裂与塞曼分裂相比较大时，Mølmer-Sørensen 门的理论性能明显优于光移门。此外，对于光移门，我们对高场下可实现的保真度与最先进的双量子比特离子阱量子门的保真度进行了近似比较。我们表明，就自发辐射而言，我们当前配置可实现的保真度比最好的低场门大约高一个数量级，但我们也讨论了几种替代配置，其潜在错误率与最先进的离子阱门相当。
使用自旋量子阱实现稳健的双量子比特门
纠缠门是量子计算机的重要组成部分。然而，以可扩展的方式生成高保真门仍然是所有量子信息处理平台的主要挑战。因此，提高这些门的保真度和稳健性一直是近年来的研究重点。在捕获离子量子计算机中，纠缠门是通过驱动离子链的正常运动模式来执行的，从而产生自旋相关力。尽管在提高这些门的稳健性和模块化方面取得了重大进展，但它们仍然对驱动场强度的噪声很敏感。在这里，我们用自旋相关压缩补充了传统的自旋相关位移，这创造了一种新的相互作用，使门能够对驱动场幅度的偏差具有鲁棒性。我们求解一般的汉密尔顿量并分析设计其频谱。我们还赋予我们的门其他更传统的稳健性属性，使其能够抵御许多实际的噪声源和不准确性。
QMLP：一种使用参数化双量子比特门的容错非线性量子 MLP 架构
尽管具有量子霸权的潜力，但最先进的量子神经网络 (QNN) 仍然受到推理精度低的困扰。首先，当前的噪声中型量子 (NISQ) 设备的错误率高达 10 −3 到 10 −2，大大降低了 QNN 的精度。其次，虽然最近提出的重新上传单元 (RUU) 在 QNN 电路中引入了一些非线性，但其背后的理论尚不完全清楚。此外，以前反复上传原始数据的 RUU 只能提供边际精度改进。第三，当前的 QNN 电路假设使用固定的两量子比特门来强制实现最大纠缠能力，使得无法针对特定任务进行纠缠调整，导致整体性能不佳。在本文中，我们提出了一种量子多层感知器 (QMLP) 架构，该架构具有容错输入嵌入、丰富的非线性和增强的变分电路设计，具有参数化的两量子比特纠缠门。与现有技术相比，QMLP 在 10 类 MNIST 数据集上的推理准确率提高了 10%，量子门数量减少了 2 倍，参数减少了 3 倍。我们的源代码可用，可在 https://github.com/chuchengc/QMLP/ 中找到。
用于 Gottesmann-Kitaev-Preskill 状态的两个量子比特门
两个量子比特门对于通用量子计算至关重要。对于 Gottesmann-Kitaev 和 Preskill 状态，可以使用光学元件（例如压缩器和分束器）实现像 CZ 和 CNOT 这样的两个量子比特门。然而，它们是为理想化的 GKP 码字设计的，因此在现实环境中会出现有限能量效应。在本文中，我们将提供量化相空间中 GKP 状态中这些有限能量效应的方法。我们将明确计算应用逻辑 CZ 之前和之后计算基础状态的波函数变化。我们观察到 CZ 门在相空间中所有错误都发生在 p 正交中，而 q 正交保持不变。充分了解 CZ 门引起的错误将允许设计精确的纠错方案来纠正错误。我们给出了 GKP CZ 门的新型近似方案，并将其与 GKP CNOT 门的现有方案进行比较。最后，我们将研究纠正有限能量效应的误差修正方案。
精心设计的三重奏：使用 3 量子比特门进行量子程序高效通信的编译
当前的量子计算机特别容易出错，需要进行高度优化以减少操作次数并最大限度地提高编译程序的成功概率。这些计算机仅支持分解为一和两量子比特门的操作，以及物理连接的量子比特对之间的两量子比特门。典型的编译器首先分解操作，然后将数据路由到连接的量子比特。我们提出了一种新的编译器结构 Orchestrated Trios，它首先分解为三量子比特 Toffoli，将高级 Toffoli 操作的输入路由到附近的量子比特组，然后完成分解为硬件支持的门。通过让路由过程访问电路的高级结构而不是丢弃它，这显著降低了通信开销。第二个好处是现在能够为路由过程后已知的特定硬件量子比特选择架构调整的 Toffoli 分解（例如 8-CNOT Toffoli）。我们在 IBM Johannesburg 上进行了实际实验，结果表明，与 Qiskit 相比，Toffoli 的双量子比特门数平均减少了 35%，单个 Toffoli 的成功率提高了 23%。此外，我们还编译了许多近期基准算法，结果表明，Johannesburg 架构的模拟成功率平均提高了 344%（或 4.44 倍），并与其他架构类型进行了比较。
Clifford 层次结构中成本最优的单量子比特门合成
对于通用量子计算，实际实施需要克服的一个主要挑战是容错量子信息处理所需的大量资源。一个重要方面是实现由量子纠错码中的逻辑门构建的任意幺正算子。通过组装从一小组通用门中选择的逻辑门序列，可以使用合成算法将任何幺正门近似到任意精度，这些通用门在量子纠错码中编码时可容错执行。然而，目前的程序还不支持单独分配基本门成本，许多程序不支持扩展的通用基本门集。我们使用基于 Dijkstra 寻路算法的穷举搜索分析了标准 Clifferd+T 基本门集的成本最优序列，并将其与另外包括 Clifferd 层次结构更高阶的 Z 旋转时的结果进行了比较。使用了两种分配基本门成本的方法。首先，通过递归应用 Z 旋转催化电路将成本降低到 T 计数。其次，将成本指定为直接提炼和实现容错门所需的原始（即物理级）魔法状态的平均数量。我们发现，使用 Z 旋转催化电路方法时，平均序列成本最多可降低 54 ± 3%，使用魔法状态提炼方法时，平均序列成本最多可降低 33 ± 2%。此外，我们通过开发一个分析模型来估计在近似随机目标门的序列中发现的来自 Clifford 层次结构高阶的 Z 旋转门组的比例，从而研究了某些基本门成本分配的观察局限性。
补充信息：使用中性原子并行实现高保真多量子比特门
我们使用 795 nm 拉曼激光器驱动量子比特状态之间的跃迁，该激光器从 5 S 1 / 2 到 5 P 1 / 2 跃迁红失谐 2 π × 100 GHz。我们将激光器耦合到基于光纤的 Mach-Zehnder 强度调制器 (Jenoptik AM785)，该调制器在最小透射附近进行直流偏置。调制器以量子比特频率的一半 (ω 01 = 2 π × 6.83 GHz) 驱动，从而产生 ± 2 π × 3.42 GHz 的边带，而载波和高阶边带受到强烈抑制。与其他通过相位调制产生边带然后使用自由空间光腔或干涉仪单独抑制载波模式的方法相比，这种方法在一天的时间尺度上是被动稳定的，无需任何主动反馈。拉曼激光沿着原子阵列排列（与 8.5 G 偏置磁场共线），并且 σ +