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多量子比特 Toffoli 门和带有里德堡原子的最佳几何结构
多量子比特 Toffili 门具有实现可扩展量子计算机的潜力，是量子信息处理的核心。在本文中，我们展示了一种原子排列成三维球形阵列的多量子比特阻塞门。通过进化算法优化球面上控制量子比特的分布，大大提高了门的性能，从而增强了非对称里德堡阻塞。这种球形配置不仅可以在任意控制目标对之间很好地保留偶极子阻塞能量，将非对称阻塞误差保持在非常低的水平，而且还表现出对空间位置变化的前所未有的稳健性，导致位置误差可以忽略不计。考虑到固有误差并使用典型的实验参数，我们通过数值方法表明可以创建保真度为 0.992 的 C 6 NOT 里德堡门，这仅受里德堡态衰变的限制。我们的协议为实现多量子比特中性原子量子计算开辟了一个高维原子阵列平台。
通过增量脉冲重复实现时间高效的 Qudit 门......
摘要 — 当前构建量子计算机的努力主要集中在双态量子比特上，这通常涉及抑制随时可用的更高状态。在这项工作中，我们打破了这种抽象，并为广义 d 状态量子比特上的门合成了短持续时间控制脉冲。我们提出了增量脉冲重新播种，这是一种实用的方案，它通过使用以前的结果迭代播种优化器来引导最优控制软件获得最短持续时间的脉冲。我们通过对 transmons 上的一和两量子比特门进行显式脉冲优化，发现希尔伯特空间维数和门持续时间之间存在近线性关系。我们的结果表明，在实际感兴趣的领域中，量子比特操作比以前预期的要高效得多，并且有可能显着提高当前硬件的计算能力。索引术语 — 量子计算、量子比特、量子最优控制、脉冲合成
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。
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具有稳健纠缠门和量子相干反馈的囚禁离子量子计算机
量子计算机有望在解决一系列计算问题时比传统计算机实现显著的加速。线性 Paul 阱中保持的离子链是构建此类量子计算机的有前途的平台，因为它们具有较长的相干时间和较高的控制质量。本文，我们报告了使用射频 (rf) 阱中的 88 Sr + 离子构建小型五量子比特通用量子计算机的情况。所有基本操作（包括初始化、量子逻辑操作和读出）均以高保真度执行。使用窄线宽激光实现的选择性双量子比特和单量子比特门组成通用门组，允许在量子寄存器上实现任何幺正。我们回顾了主要的实验工具，并详细描述了计算机的独特方面：使用强大的纠缠门和通过电子倍增 CCD 相机采集开发量子相干反馈系统。后者对于在未来的实验中执行量子纠错协议是必要的。
具有里德伯原子的少量子比特 CNOT 门的优化模型
少量子比特量子逻辑门作为构造通用多量子比特门的基本单元，在量子计算和量子信息领域得到广泛应用。然而，传统的少量子比特门构造通常采用多脉冲协议，这不可避免地会在门执行过程中出现严重的内在错误。本文报告了一种通用二和三量子比特CNOT门的最优模型，该模型通过激发到具有易实现的范德华相互作用的里德堡态来实现。该门依赖于全局优化，通过遗传算法实现幅度和相位调制脉冲，从而可以用更少的光脉冲实现门操作。与传统的多脉冲分段方案相比，我们的门可以通过同时将原子激发到里德堡态来实现，从而节省了在不同空间位置进行多脉冲切换的时间。我们的数值模拟表明，当排除里德堡相互作用的涨落时，可以实现单脉冲两（三）量子比特CNOT门，对于相距7.10μm的两个量子比特，保真度可达99.23%（90.39%）。我们的工作有望在中性原子量子技术研究中实现快速便捷的多量子比特量子计算。
超图乘积码的横向门限制
摘要 — 在容错量子计算机中，量子码有望实现保护量子信息和允许容错门操纵量子信息的相互冲突的目的。我们引入了一种对此类门施加限制的新技术，并将该技术应用于包含在垂直扇区内的一类称为超图乘积码的量子码。这些代码由一对经典线性代码输入构成，并推广了 Kitaev 曲面代码，它是经典重复代码的超图乘积。我们为这些输入代码提供了一个必要条件，在此条件下，得到的超图乘积代码具有限制于 Clifford 群的横向门。我们推测所有 [ n, k, d ] Gallagher 码（d ≥ 3 且 k ≤ n/ 2）都满足此条件。这项工作是对 Bravyi 和 K¨onig 提出的论证的概括，并且我们还推测这是对 Jochym-O'Connor 等人提出的最新不相交概念的细化。
使用模板和符号泡利门进行 Clifford 电路优化
Clifferd 群是由 Hadamard 门、cnot 门和 Phase 门生成的酉群的有限子群。该群在量子纠错、随机基准测试协议和纠缠研究中起着重要作用。这里，我们考虑寻找实现给定 Clifferd 群元素的短量子电路的问题。我们的方法旨在最小化假设全到全量子比特连接的纠缠门数。首先，我们考虑基于模板匹配的电路优化，并设计 Clifferd 特定的模板，利用分解 Pauli 门和交换门的能力。其次，我们引入一种符号窥孔优化方法。它的工作原理是将整个电路投影到一小部分量子比特上，然后通过动态规划以最佳方式重新编译投影的子电路。将选定的量子比特子集与剩余量子比特耦合的 cnot 门用符号 Pauli 门表示。通过软件实现这些方法，可以找到距离 6 量子比特最优仅 0.2% 的电路；与 Aaronson–Gottesman 标准形式相比，最多 64 量子比特的电路中的两量子比特门数量平均减少了 64.7% [ 3 ]。
数字量子电路的双统一门 - 中元
本论文概述了量子电路中的双统一门的使用（量子门的特殊子集），尤其是将双重统一电路用作量子计算机的基准。由于对模拟器进行基准测试，只能以较低的量子位进行基准计算机，然后才能在国家向量表示的增强性质使得这一计算上的昂贵，因此需要更有效的基准测试。双统一门的电路是这样的良好候选者，因为对于某些电路来说，存在一个分析解决方案，其计算复杂性不会随量子数的数量扩展，并且仅涉及4×4矩阵上的矩阵操作。为了将该属性的有用性扩展到更多电路，对双统一电路进行了进一步的概括，以包括混合双重单位的电路以及更高维度的多军人。的确，一个自我的四分之一门 - 即在三个方向上找到一个量子门统一。检查是否可以通过这些电路构建有用的基准测量场景，将双重统一电路与量子计算机模拟器上的分析解决方案进行比较，并发现可以确定双重统一电路的适用性作为基准。要从理想化的有限网格到模拟器的步骤，必须将周期性的边界条件添加到原始网格中。要实现在量子计算机上使用基准测试的目标，从模拟器到量子计算机的步骤中，必须对实现进行一些更改。讨论了一些方法。这包括更改定期边界条件的实施。同样，与模拟器上的实现相反，必须找到一种评估量子计算机上的跟踪的方法。总而言之，即使对于某些问题（尤其是痕量评估），必须找到一种更有效的方法，才能在此基准方案中找到一种更有效的方法。
现实量子比特中加速绝热门的解析设计：超导电路的一般理论和应用
绝热捷径是加速绝热量子协议的通用方法，在量子信息处理中具有许多潜在应用。不幸的是，对于具有复杂相互作用和多个能级的系统，通过分析构建绝热捷径是一项具有挑战性的任务。这通常通过假设理想化的汉密尔顿量来克服[例如，仅保留有限的能级子集，并进行旋转波近似（RWA）]。在这里，我们开发了一种分析方法，可以让人们超越这些限制。我们的方法是通用的，可以分析得出的脉冲形状可以纠正非绝热误差和非 RWA 误差。我们还表明，与传统的非绝热协议相比，我们的方法可以产生需要更小驱动功率的脉冲。我们详细展示了如何利用我们的想法在现实的超导通量子比特中分析设计高保真单量子比特“三脚架”门。