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![arXiv:2006.16862v2 [quant-ph] 2020 年 9 月 28 日](/simg/1\150a07bc29080313ee7cf270455abad7043aeeec.webp)
arXiv:2006.16862v2 [quant-ph] 2020 年 9 月 28 日
约瑟夫森隧道结是几乎所有超导电子电路（包括量子比特）的核心。通常，量子比特的结是使用阴影蒸发技术制造的，以减少超导薄膜界面的介电损耗贡献。然而，近年来，亚微米级重叠结开始引起人们的关注。与阴影掩模技术相比，它既不需要角度相关沉积，也不需要独立的桥或重叠，而这些是晶圆级加工的重大限制。这是以在制造过程中破坏真空为代价的，但简化了多层电路中的集成，实现了截然不同的结尺寸，并能够在工业标准化过程中进行更大规模的制造。在这项工作中，我们展示了减法工艺制造重叠结的可行性。在一系列测试接触中，我们发现平均正常状态电阻的老化率很低，在 6 个月内仅为 1.6%。我们通过将结用于超导传输量子比特来评估结的相干性。在时间域实验中，我们发现我们的最佳设备的量子比特寿命和相干时间平均都大于 20µs。最后，我们讨论了我们技术的潜在改进。这项工作为采用先进材料和生长工艺的更标准化工艺流程铺平了道路，并为大规模制造超导量子电路迈出了重要一步。
相干的超导量子矩形量子量
Josephson隧道连接是几乎所有超导电子电路（包括Qubits）的核心。典型地，使用阴影蒸发技术制造了量子位的连接处，以减少超导纤维界面的介电损耗贡献。近年来，亚微米量表重叠连接开始引起人们的注意。与阴影蒙版技术相比，不需要角度依赖性沉积，也不需要独立的桥梁或重叠，这对于晶圆尺度处理而言是显着的局限性。这是以在制造过程中打破真空的成本，但简化了在多层电路中的集成，实现截然不同的连接尺寸，并可以在工业标准的过程中更大规模地制造。在这项工作中，我们证明了减法过程用于制造重叠连接的可行性。在一系列测试接触中，我们发现6个月内平均正常状态阻力的低老化仅为1.6％。我们通过将它们用于超导式的transmon量子位来评估连贯性。在时间域实验中，我们发现，最好的设备的量子寿命和相干时间平均大于20µs。最后，我们讨论了我们技术的潜在改进。这项工作铺平了迈向更标准化的过程，并具有材料和生长过程，这是大规模制造超导量子电路的重要步骤。
模块化双量子比特系统中的光谱可寻址性
摘要：合成化学将结构精确性与可重复性相结合，非常适合创建化学量子比特。化学量子比特是量子信息科学 (QIS) 系统的核心单元。通过利用合成化学固有的原子控制，我们解决了一个基本问题，即两个量子比特之间的自旋-自旋距离如何影响电子自旋相干性。为了实现这一目标，我们设计了一系列具有两个光谱不同的量子比特的分子，一个是前过渡金属 Ti 3+ ，一个是后过渡金属 Cu 2+，两种金属之间的分离不断增加。至关重要的是，我们还合成了单金属同类物作为对照。两种金属之间的光谱分离使我们能够在双金属物种中单独探测每种金属，并将其与单金属对照样品进行比较。在 1.2 – 2.5 纳米的范围内，我们发现电子自旋对相干时间的影响可以忽略不计，我们将这一发现归因于不同的共振频率。相反，相干时间由与另一个量子比特配体框架上的核自旋的距离决定。这一发现为光谱可寻址分子量子比特的设计提供了指导。
半导体量子点自旋链中的绝热量子态转移
半导体量子点自旋量子比特是一种很有前途的量子计算平台，因为它们可扩展并拥有较长的相干时间。然而，为了充分发挥这一潜力，量子纠错和高效算法需要高保真度的信息传输机制。在这里，我们展示了半导体量子点电子自旋链中绝热量子态转移的证据。通过绝热修改交换耦合，我们在不到 127 纳秒的时间内实现了远距离电子之间的单自旋态和双自旋态转移。我们还表明，这种方法可以级联用于长自旋链中的自旋态转移。基于模拟，我们估计，对于本文研究的实验参数，正确转移单自旋本征态和双自旋单重态的概率可以超过 0.95。未来，将需要状态和过程层析成像来验证保真度超过经典界限的任意单量子比特态的转移。绝热量子态转移对噪声和脉冲定时误差具有鲁棒性。该方法对于基于门的量子计算的大型自旋量子比特阵列中的初始化、状态分布和读出非常有用。它还为半导体量子点自旋量子比特中的通用绝热量子计算开辟了可能性。
![arXiv:2006.12633v3 [quant-ph] 2020 年 10 月 23 日](/simg/b\b208c6434ee6b795118f834abbe933d531c6c837.webp)
arXiv:2006.12633v3 [quant-ph] 2020 年 10 月 23 日
超导量子位的相干时间随着时间的推移得到了极大改善。此外，使用工程耗散的小型逻辑量子位架构已显示出进一步改善由少量物理量子位组成的逻辑量子位流形相干性的巨大希望。尽管如此，小型逻辑量子位的最佳工作参数通常仍未得到很好的理解。这项工作通过研究三种不同且复杂度不断增加的案例，提出了几种寻找优先参数配置的方法。我们首先研究通过与有损物体耦合而使用耗散来实现单个量子位的状态稳定。我们研究这种纠错方法的限制因素，以及如何通过对有损物体具有有效时变耗散率的情况（我们称之为脉冲复位循环）通过数值优化参数耦合强度来解决这些问题。然后，我们将这种方法转化为更高效的状态稳定，并将其转化为抽象的三量子比特翻转代码，最后研究非常小的逻辑量子比特 (VSLQ)。通过使用这些技术，我们可以进一步增加不同架构的逻辑状态寿命。我们展示了使用脉冲复位循环相对于数值优化的固定参数空间的显著优势。
![arXiv:2305.03243v1 [quant-ph] 2023 年 5 月 5 日](/simg/9\986bd571bae182b86d69ddff468792177c1a6874.webp)
arXiv:2305.03243v1 [quant-ph] 2023 年 5 月 5 日
近年来，嘈杂中型量子计算 (NISQ) 占据了新闻头条，而容错量子计算 (FTQC) 的长期愿景则具有巨大的潜力，尽管目前资源成本和量子纠错 (QEC) 开销难以解决。对于感兴趣的问题，FTQC 将需要数百万个具有长相干时间、高保真度门和紧凑尺寸的物理量子位，才能超越经典系统。正如异构专业化在经典计算中提供了扩展优势一样，它同样在 FTQC 中引起了人们的兴趣。然而，由于设计空间巨大和物理约束多变，在 FTQC 系统的硬件或软件元素中系统地使用异构性仍然是一个严峻的挑战。本文通过介绍用于设计异构量子系统的工具箱 HetArch 并使用它来探索异构设计场景，应对了使异构 FTQC 设计实用化的挑战。我们使用分层方法，将量子算法依次分解为更小的操作（类似于经典应用内核），从而大大简化了设计空间和由此产生的权衡。我们专门针对超导系统，设计由各种超导设备组成的优化异构硬件，将物理约束抽象为设计规则，使设备能够组装成针对特定操作进行优化的标准单元。最后，我们提供了一个异构设计空间探索框架，将模拟负担减少了 10 4 倍或更多
SiC 中的 NV 中心：量子计算技术的解决方案？
金刚石和最近的碳化硅中的自旋 S = 1 中心已被确定为可用于各种量子技术的有趣固态量子比特。金刚石中氮空位中心 (NV) 是研究较多的案例，被认为是适用于大多数应用的量子比特，但也存在重大缺点。最近的研究表明，SiC 中的双空位 (V Si VC ) ° 和 NV (V Si NC ) 中心可以克服许多缺点，例如与微电子技术、纳米结构以及 n 型和 p 型掺杂的兼容性。特别是，4H-SiC 多型体是一种广泛用于功率器件的微电子半导体，这些问题已经得到解决，并且大规模基板 (300mmm) 可供商业化使用。研究较少的 3C 多型体可以拥有相同的中心 (VV、NV)，并且具有额外的优势，因为它可以在 Si 上外延，从而允许与 Si 技术集成。执行光学操控和自旋状态检测的光谱范围从金刚石中 NV 中心的可见光 632 nm 移至 SiC 中双空位和 NV 中心的近红外 1200 – 1300 nm（电信波长）。然而，还有其他关键参数对于可靠的信息处理至关重要，例如自旋相干时间、芯片上的确定性位置和受控缺陷浓度。在这篇评论中，我们重新审视并比较了金刚石中 NV 中心以及 4H 和 3C-SiC 中双空位和 NV 中心的一些基本特性。
DOI:10.1587/transele.2021SEP0007 ...
超导量子电路是实现大规模量子计算机的有前途的平台。尽管固态量子比特存在各种退相干问题，但过去二十年来，材料和设计方面的不断努力已经提高了超导量子比特的性能。最先进的超导量子比特的相干时间即使在多量子比特设备中也已达到 100 毫秒以上 [1]。双量子比特门的保真度现已超过 99% [2]，而多量子比特的集成已引起越来越多的关注，以实现更高的计算功能。超导设备中的量子比特数量一直在迅速增加，一些研究小组已经运行了 10-100 量子比特的处理器 [3]–[7]。多量子比特处理器的最新重大成就之一是谷歌展示的所谓量子计算霸权 [3]。他们的研究结果显示了量子计算机在特定计算任务上优于传统超级计算机的优势。然而，这并没有直接导致量子计算机加速任何实际计算。我们仍处于构建具有错误恢复能力的量子计算机的早期阶段，用于运行诸如因式分解 [8] 和数据库搜索 [9] 等基本算法。量子纠错使量子计算机中的这种容错计算成为可能 [10]。固态设备量子纠错码最有希望的候选者是表面码 [11]，[12]。它只需要二维量子比特阵列中的最近邻相互作用，同时具有相对较高的错误阈值 ∼ 0.1% [13]。实现量子计算机的下一个里程碑可能是展示
XX 催化剂对微扰交叉量子退火谱的影响
在绝热量子计算中，达到给定基态保真度所需的运行时间由退火谱中基态和第一激发态之间出现的最小间隙大小决定。一般来说，避免的能级交叉的存在要求退火时间随系统大小呈指数增加，这会影响算法的效率和所需的量子比特相干时间。正在探索的一种产生更有利的间隙缩放的有希望的途径是引入催化剂形式的非量子 XX 耦合 - 特别令人感兴趣的是利用有关优化问题的可访问信息的催化剂。在这里，我们展示了 XX 催化剂对优化问题编码的细微变化的影响的极端敏感性。特别是，我们观察到，包含单个耦合的目标催化剂可以显著减少在避免的能级交叉处随系统大小而闭合的间隙。然而，对于相同问题的略微不同的编码，这些相同的催化剂会导致退火谱中的间隙闭合。为了了解这些闭合间隙的起源，我们研究了催化剂的存在如何改变基态矢量的演化，并发现基态矢量的负分量是理解间隙谱响应的关键。我们还考虑了如何以及何时在绝热量子退火协议中利用这些闭合间隙 - 这是一种有前途的绝热量子退火替代方案，其中利用向更高能级的跃迁来减少算法的运行时间。
量子计算机的趋势和展望
*1 K（开尔文）单位是热力学温度的单位，绝对零度（0K）相当于-273.15℃。超导型在约10mK（-273.14℃）的环境下工作，半导体型在约100mK（-273.05℃）至1.5K（-271.65℃）的环境下工作，因此与超导型相比，半导体型有望实现稀释制冷机的小型化。 *2 PsiQuantum 的单光子技术需要一个大型冰箱来冷却光电探测器。 *3 虽然无法进行通用计算，但已经开发了中性原子方法：289个量子比特（QuEra，专用于一类组合优化问题）和光学方法：216个量子比特（Xanadu，专用于高斯玻色子采样）。 *4 请参阅 Pasqal 的《绿色计算路线图中的量子计算》。作为指导原则，8 榻榻米房间的制冷能力约为 2.5kW。值得注意的是，数值会根据每种方法所操作的组件和量子比特的数量而变化，而且当前量子计算机能够解决的问题都不是小规模或实用的，因此很难与当前的经典计算机进行简单的比较。 *5 维持量子态所需的时间。如果相干时间太短，量子态就会被破坏，产生噪声，降低计算的准确性。 *6 保真度是表示两个量子态接近程度的指标，代表量子电路计算的准确性。