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在量子计算机上模拟费米子水库
驱动的多体问题仍然是量子力学中最具挑战性的未解决问题之一。量子计算机的出现可能为有效模拟此类驱动的系统提供了独特的平台。但是，对于如何设计水库有很多选择。可以简单地用Ancilla Qubits充当储层，然后通过算法冷却进行数字模拟。一种更具吸引力的方法，它允许人们模拟有限的储层，它是整合自由度的浴室，并通过主方程来描述驱动的散文系统，该系统也可以在量子计算机上进行模拟。在这项工作中，我们考虑了由电场驱动并耦合到费米子恒温器的晶格上的非相互作用电子的特殊情况。然后，我们提供两个不同的量子电路：第一个使用Trotter步骤重建系统的完整动力学，而第二个则在单个步骤中消散了最终的非平衡稳态。我们在IBM量子体验上运行两个电路。对于电路（i），我们最多达到了5个trotter步骤。当部分重置在量子计算机上可用时，我们希望最大的模拟时间可以显着增加。此处开发的方法提出了可以应用于模拟相互作用驱动的系统的概括。
通过机器学习增强重复读数
摘要 单次读出是可扩展量子信息处理的关键部分。然而，许多具有良好特性的固态量子比特缺乏单次读出能力。一种解决方案是使用重复量子非拆除读出技术，其中量子比特与辅助量子比特相关，然后读出辅助量子比特。因此，读出保真度受到测量对量子比特的反作用的限制。传统上采用阈值法，其中仅使用总光子数来区分量子比特状态，丢弃隐藏在重复读出测量的时间轨迹中的所有反作用信息。这里我们展示通过使用机器学习（ML），人们可以利用时间轨迹数据获得更高的读出保真度。ML 能够识别反作用发生的时间，并正确读出原始状态。由于信息已经被记录（但通常被丢弃），这种保真度的提高不会消耗额外的实验时间，并且可以直接应用于涉及重复读出的测量制备和量子计量应用。
un-weyl-ing the clifford层次结构
Gottesman and Chuang（1999）引入的量子组合的传送模型激发了Clif-Ford层次结构的发展。尽管具有量子计算的内在价值，但与该模型密切相关的魔术状态蒸馏的广泛使用强调了理解层次结构的重要性。除了诊断单位的情况外，人们对该等级结构的结构有限有限（Cui等，2017； Rengaswamy等人。2019）。我们通过Weyl（即Pauli）在这些级别上扩展了层次结构的第二和第三层的结构，第一个级别是无处不在的Pauli组。尤其是我们对Pauli Group上标准的操作的支持。自从第三级统一的保利会产生Trace-Lise Hermitian Cli效应以来，我们也表征了他们的Pauli支持。半单位单位在电视模型中节省了Ancilla，我们通过同骨转移探索他们的Pauli支持。最后，我们证明，直到通过clif-ford乘法，每个第三级统一通勤至少都使用一个Pauli矩阵。这可以无力地使用，以表明，直到通过cli的繁殖，每个第三级统一都在保利组的最大交换亚组上进行。另外，可以看出，后者意味着Beigi和Shor（2010）证明的广义半乳房构想。我们讨论了量子误差校正和高空产品设计中的潜在应用。
不可知期估计
量子计量学的目的是通过利用量子资源来提高测量的敏感性。计量学家通常旨在最大化量子渔民信息，从而界定测量设置的灵敏度。在对计量学的基本限制的研究中，范式设置具有量子（旋转半旋转系统），但受到未知旋转的影响。如果旋转以最大化旋转诱导操作员的方差开始的状态，则获得有关旋转的最大量子Fisher信息。如果旋转轴未知，则无法制备最佳的单量传感器。受封闭时间曲线的模拟启发，我们规避了这一限制。无论旋转轴如何，我们都会获得有关旋转角度的最大量子渔民信息。为了实现此结果，我们最初将探针量子纠缠在一起。然后，我们以纠缠的基础测量对，获得的旋转角度的信息比任何单个Qubit传感器都能实现的更多信息。我们使用两个Quibent的超导量子处理器证明了这一计量学优势。我们的测量方法实现了量子优势，表现优于每个无纠缠策略。
通过泡利检查夹层来缓解量子误差
摘要 — 我们描述并分析了一种使用多对奇偶校验来检测错误存在的错误缓解技术。每对校验都使用一个辅助量子位来检测错误运算符的一个组件，并代表该技术的一层。我们以扩展标志小工具的结果为基础，并将其置于坚实的理论基础之上。我们证明，在噪声不影响校验的假设下，该技术可以恢复无噪声状态。该方法不会产生任何编码开销，而是根据输入电路选择校验。我们提供了一种针对任意目标电路获取此类校验的算法。由于该方法适用于任何电路和输入状态，因此可以轻松地将其与其他错误缓解技术相结合。我们使用大量数值模拟对 1,850 个由 Clifford 门和非 Clifford 单量子位旋转组成的随机输入电路进行评估，该类电路包含最常见的变分算法电路。我们观察到，通过六层校验，保真度平均提高了 34 个百分点。
量子误差校正，耗散稳定的挤压量子量表
量子系统与其环境的相互作用导致量子相干的丧失。通常通过Ancilla，建立良好的储层工程方法调整量子系统与其环境的耦合，可以通过将有效的耗散性动态逐渐发展为量子量子状态或量子状态[1-6]，从而克服了有效的耗散动力学来克服脱碳范式。尤其是在电路量子电差异的范围内[7]，已经成功利用了储层工程，以自主保护在谐波振荡器的限制希尔伯特空间中编码的量子信息，即玻孔代码，而无需基于测量的反馈。这是通过有效的奇偶校验的工程来实现的，它保留了耗散的演化，该耗散演化将微波谐振器的状态驱动到由相反状态的均匀和奇数相干叠加跨越具有相反位移的歧义的歧管，也称为Schrödinger猫态[8-11]。原则上，这些耗散动态可用于准备猫代码的逻辑状态[9]。尽管如此，这不是必需的，因为使用最佳控制脉冲序列[10]，可以使用分散耦合量子轴对微波谐振器场进行通用控制，或者正如最近已证明的那样，已证明，连续变量（CV）通用门集的优化序列[12，13]。因此，为了稳定CAT代码的唯一目的，储层工程是为了唯一的目的。
多层超导电路中编码的量子比特的高保真测量
量子比特测量是量子信息处理的核心。在超导量子比特领域，标准读出技术不仅受信噪比的限制，还受测量过程中状态弛豫的限制。在这项工作中，我们证明，通过使用超导电路的多层希尔伯特空间，可以抑制由于弛豫而导致的限制：在多级编码中，只有当出现多个错误时，测量才会被破坏。利用这种技术，我们表明，我们可以直接解决 10 3 分之一级别的 transmon 门错误。扩展了这个想法，我们将相同的原理应用于以玻色子模式编码并用 transmon ancilla 检测的逻辑量子比特的测量，实现了 Hann 等人的提议 [ Phys. Rev. A 98 , 022305 (2018) ]。量子比特状态分配基于一系列重复读出，进一步降低了整体不保真度。这种方法非常通用，并且研究了几种编码；当码字之间的距离相对于光子损失增加时，码字更容易区分。探索了多次读出和状态弛豫之间的权衡，并表明其与光子损失模型一致。我们报告了基于 Fock 的编码的逻辑分配不保真度为 5 . 8 × 10 − 5，量子纠错码（S = 2 ，N = 1 二项式码）的逻辑分配不保真度为 4 . 2 × 10 − 3。我们的结果不仅提高了量子信息应用的保真度，而且还能够更精确地表征过程或门错误。
量子态制备和非幺正演化与……
在基于酉门的量子设备上实现非酉变换对于模拟各种物理问题（包括开放量子系统和次归一化量子态）至关重要。我们提出了一种基于膨胀的算法，使用仅具有一个辅助量子位的概率量子计算来模拟非酉运算。我们利用奇异值分解 (SVD) 将任何一般量子算子分解为两个酉算子和一个对角非酉算子的乘积，我们表明这可以通过 1 量子位膨胀空间中的对角酉算子来实现。虽然膨胀技术增加了计算中的量子位数，从而增加了门的复杂性，但我们的算法将膨胀空间中所需的操作限制为具有已知电路分解的对角酉算子。我们使用此算法在高保真度的量子设备上准备随机次归一化两级状态。此外，我们展示了在量子设备上计算的失相通道和振幅衰减通道中两级开放量子系统的精确非幺正动力学。当 SVD 可以轻松计算时，所提出的算法对于实现一般的非幺正运算最为有用，在嘈杂的中型量子计算时代，大多数运算符都是这种情况。
量子万用表的模拟
在寻求稳健和通用的量子设备的过程中，模拟的概念在理论和应用方面都起着至关重要的作用。在这项工作中，我们超越了量子通道和量子测量的模拟，研究了模拟一组测量（我们称之为万用表）的含义。为此，我们首先明确描述了万用表之间的完全正变换。然而，并非所有这些变换都对应于有效的模拟，否则我们可以凭空创造任何资源。例如，这组变换包括无论输入如何始终准备相同万用表的映射，我们称之为垃圾和准备。从实验者的角度来看，将给定的万用表作为复杂设置的一部分，不得不丢弃万用表并使用另一个万用表是不可取的。我们对万用表模拟给出了一个新的定义，即保持平凡性的变换，即当给定一个由平凡测量组成的万用表时，它们只能产生另一个平凡的万用表。在没有量子辅助的情况下，我们随后表征了保持琐碎性的变换和丢弃和准备的变换。最后，我们利用这些表征将我们对万用表模拟的新定义与三种现有定义进行比较：经典模拟、万用表压缩和保持兼容性的模拟。
![arXiv:2405.07592v4 [quant-ph] 2024 年 7 月 19 日](/simg/d\d4655fd5f3f04fdd9e47ca0b0b728f7836f4a618.webp)
arXiv:2405.07592v4 [quant-ph] 2024 年 7 月 19 日
对抗噪声对于 NISQ 设备展示实际量子应用至关重要。在这项工作中，我们基于密度矩阵的矢量化给出了一种新的量子误差缓解范式。与试图从嘈杂的量子态中提取无噪声信息的现有量子误差缓解方法的思路不同，我们的提议直接改变了信息编码的方式，将嘈杂量子态的密度矩阵映射到无噪声的纯态，这是通过一种新颖的、NISQ 友好的测量协议和经典的后处理程序实现的。我们的协议不需要了解噪声模型，不需要调整噪声强度的能力，也不需要复杂受控单元的辅助量子位。在我们的编码下，NISQ 设备始终准备纯量子态，这是变分量子算法在许多任务中具有良好性能所高度期望的资源。我们展示了如何将该协议很好地融入变分量子算法中。我们给出了几个适合我们提议的具体假设构造，并对采样复杂性、可表达性和可训练性进行了理论分析。我们还讨论了该协议如何受到大噪声的影响以及如何将其与其他量子误差缓解协议很好地结合起来。各种数值实验证明了我们提出的协议的有效性。