受控操作是量子算法的基本组成部分。将 n 个控制非门 (C n (X)) 分解为任意单量子比特和 CNOT 门是一项重要但并非易事的任务。本研究引入的 C n (X) 电路在渐近和非渐近范围内的表现优于以前的方法。提出了三种不同的分解:一种是使用一个借用的辅助量子比特的精确分解,电路深度为 ΘðlogðnÞ3Þ,一种没有辅助量子比特的近似分解,电路深度为 OðlogðnÞ3logð1=ϵÞÞ,以及一种具有可调深度电路的精确分解,该电路的深度随着可用辅助量子比特的数量 m ≤ n 而减少,即 Oðlogðn=bm=2cÞ3+logðbm=2cÞÞ。由此产生的指数加速可能会对容错量子计算产生重大影响,因为它可以改善无数量子算法的复杂性,应用范围从量子化学到物理学、金融和量子机器学习。
参 数 名 称 符 号 条 件 最小 最大 单 位 电源电压 V CC — -0.5 +7 V 输入钳位电流 I IK V I <-0.5V 或 V I >V CC +0.5V — ± 20 mA 输出钳位电流 I OK V O <-0.5V 或 V O >V CC +0.5V — ± 20 mA 输出电流 I O -0.5V
量子比特相干时间是离子阱量子网络节点中的关键参数。然而,用于将量子比特编码为离子的状态之间的能量差波动可能是退相干的重要来源。为了增加任意单量子比特状态的相干时间,可以将状态编码为由两个物理量子比特的联合状态形成的无退相干子空间 (DFS),在我们的例子中,这两个物理量子比特是两个共同捕获的离子。因此,离子量子比特的相干性被动地受到保护,免受对两个物理量子比特产生同等影响的波动的影响。这篇硕士论文介绍了在我们的实验装置中实现无退相干量子存储器的实验结果。为了实现量子存储器,需要一个受控非门 (CNOT)。为了实现 CNOT 门,我们实验装置中的本机门被扩展以完成一组通用量子门。在这篇硕士论文之前,多离子串和纠缠门内的离子量子比特全局旋转已经可用。为了完成一组通用的量子门,将单离子聚焦相位旋转添加到本机门中。然后使用 CNOT 门从双量子比特 DFS 存储和检索单量子比特状态。在 DFS 中存储和检索量子比特的过程完全由量子过程层析成像表征,存储时间为 500 毫秒,过程保真度为 94(6)%。与我们之前在离子阱系统中实现的相比,使用 DFS 编码可以将量子比特的相干时间提高至少一个数量级。
在许多情况下,数字逻辑器件的功能或部分功能未使用,例如,当仅使用三输入与门的两个输入或仅使用 4 个缓冲门中的 3 个时。此类输入引脚不应保持未连接状态,因为外部连接处的未定义电压会导致未定义的操作状态。布局示例指定了在任何情况下必须遵守的规则。数字逻辑器件的所有未使用的输入必须连接到高或低偏置以防止它们浮动。应应用于任何特定未使用输入的逻辑电平取决于设备的功能。通常,它们将绑定到 GND 或 V CC ,以更有意义或更方便为准。浮动输出通常是可以接受的,除非该部件是收发器。
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