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受计算机启发的高维多部分量子门概念
量子光学研究的共同目标之一是找到控制复杂量子系统的方法，这既可用于研究量子力学的基本问题，也可用于量子技术的潜在应用 [1,2]。量子系统的复杂性随着所涉及部分的数量和各个部分的维数的增加而增加。对于单光子量子系统，25 年来，人们一直知道如何进行任意幺正变换 [3]，这已成为集成光子学的基础 [4 – 7]。同样，在光子的其他自由度中，单量子门也已得到很好的理解，例如，使用离散化时间步骤 [8] 或光子的空间模式 [9 – 12] 和对单光子进行高维多自由度操作 [13]。多光子操作更加复杂，因为光子之间不相互作用。为了克服这一困难并实现两个光子之间的有效相互作用，辅助状态用于预示概率变换，例如受控非门 (CNOT) [14-16]。这些变换的质量已大大提高，使得任意二维双光子门的片上演示以及任意光子量子比特变换的理论概念成为可能 [17]。总而言之，多光子量子比特变换和单光子任意高维变换的特殊情况已得到充分理解。然而，d 维中 n 个光子的变换的一般情况仍未得到解决。
表征连续变量高斯量子门的性能
通用连续变量量子计算所需的操作集可分为两个主要类别：高斯操作和非高斯操作。此外，任何高斯操作都可以分解为相空间位移和辛变换序列。尽管高斯操作在量子光学中无处不在，但它们的实验实现通常是理想高斯幺正的近似值。在这项工作中，我们研究了不同的性能标准，以分析这些实验近似值模拟理想高斯幺正的程度。特别是，我们发现这些实验近似值都没有均匀收敛到理想高斯幺正。但是，收敛发生在强意义上，或者如果判别策略是能量有界的，那么在 Shirokov-Winter 能量约束钻石范数中收敛是均匀的，我们在后一种情况下给出了明确的界限。我们指出了如何使用这些能量约束边界来对这些高斯幺正进行实验以实现任何所需的精度。
具有谷值的拓扑保护量子逻辑门……
拓扑光子学为实现更强大的光学器件以抵抗某些缺陷和环境扰动提供了一种有前途的方法。量子逻辑门是量子计算机的基本单元，广泛应用于未来的量子信息处理。因此，构建强大的通用量子逻辑门是实现实用量子计算的重要途径。然而，要解决的最重要的问题是如何构造具有拓扑保护的量子逻辑门所需的 2×2 分束器。本文报道了拓扑保护的反向耦合器的实验实现，该耦合器可用于在硅光子平台上实现量子逻辑门，包括控制非门和阿达玛门。这些量子门不仅具有很高的实验保真度，而且对某些类型的缺陷表现出一定程度的容忍度。这项工作为实用光量子计算和信号处理的发展铺平了道路。
无辅助量子位的多对数深度控制非门
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。
高维量子系统的纠缠门的编制
摘要 迄今为止，大多数量子计算架构都原生支持多值逻辑，尽管通常以二进制方式运行。多值或 qudit 量子处理器可以使用更丰富的量子纠缠形式，这有望显著提高量子设备的性能和实用性。然而，利用此类硬件所需的大部分理论以及相应的设计方法仍然不足，而且从量子位进行推广并不简单。一个特殊的挑战是将量子电路编译成由最先进量子硬件支持的本机 qudit 门集。在这项工作中，我们通过引入一个完整的工作流程来应对这一挑战，该工作流程将任何两 qudit 单元编译为任意本机门集。案例研究证明了所提出的方法以及相应实现的可行性（可在 github.com/cda-tum/qudit-entanglement- compilation 免费获得）。
盖茨高级研究所 2030 战略
自 2002 年以来，WH 盖茨研究所的支持使霍普金斯大学的教职员工能够与合作机构的教职员工合作，发表了 135 多篇同行评审期刊文章。合作机构又发表了 365 多篇文章。期刊文章填补了人口、生殖健康和计划生育方面的知识空白。自 2002 年以来，WH 盖茨研究所几乎每年都会围绕计划生育召开领导会议。前四次会议在巴尔的摩举行：新世界计划生育（2002 年）、计划生育和劳动力（2003 年）、议会领导研讨会（2004 年）和产科瘘预防（2005 年）。
具有噪声门的最佳量子态断层扫描
量子态断层扫描 (QST) 是量子处理器特性描述、验证和确认 (QCVV) 的重要工具。仅在少数理想化场景中，QST 的最优测量集才有解析结果。例如，在非退化测量设置中，QST 的最优最小测量算子集具有相互无偏的特征基。但是，在其他设置中，根据投影算子的秩和量子系统的大小，需要对高效 QST 的最优测量选择进行数值近似。我们通过引入定制高效 QST 框架来概括这个问题。在这里，我们扩展定制 QST，并在测量过程中应用的一些量子门有噪声的情况下寻找 QST 的最优测量集。为了实现这一点，我们使用了两种不同的噪声模型：首先是去极化通道，其次是单量子比特和双量子比特门的过度旋转和不足旋转（有关更多信息，请参阅方法）。通过将我们优化的 QST 测量集的重建保真度与仅使用乘积基的最先进的方案进行比较，我们证明了在实际噪声水平下使用纠缠门对两个量子比特的有效 QST 测量方案的好处。
对长期振幅漂移具有鲁棒性的量子门
量子门通常容易受到驱动门的物理量子位所施加的经典控制场的缺陷的影响。减少这种错误源的一种方法是将门分成几部分，称为复合脉冲，通常利用错误随时间的恒定性来减轻其对门保真度的影响。在这里，我们扩展了这种技术来抑制拉比频率的长期漂移，通过将它们视为幂律漂移的总和，其对状态向量的过度或不足旋转的一阶效应呈线性相加。幂律漂移的形式为 tp，其中 t 是时间，常数 p 是其幂。我们表明，抑制所有幂律漂移（p ⩽ n）的复合脉冲也是滤波器阶数为 n + 1 的高通滤波器[H. Ball 和 MJ Biercuk，《用于量子逻辑的 Walsh 合成噪声滤波器》，EPJ Quantum Technol。 2,11（2015）]。我们给出了用该技术获得的满足我们提出的幂律幅度标准 PLA(n) 的序列，并将其在时间相关幅度误差下的模拟性能与一些传统的复合脉冲序列进行了比较。我们发现，在一系列噪声频率下，PLA(n) 序列比传统序列提供更多的误差抑制，但在低频极限下，非线性效应对门保真度的影响比频率滚降更为重要。因此，先前已知的 F1 序列是 PLA(1) 标准的两个解之一，可以抑制线性长期漂移和一阶非线性效应，在低频极限下，它是比任何其他 PLA(n) 序列更清晰的噪声滤波器。
哈密顿量子门的充满活力的成本-NSF -PAR
特别是量子计算[35]是根据统一动力学设计的，该动力学描述了与环境热隔离的系统。任何外部噪声都不可避免地会阻碍所谓的量子量[36-38]，因为它会损害量子状态的微妙性质。然而，Landauer的原理（1）及其对开放系统的概括[39-45]是在有限温度下针对耗散动力的。因此，一些最近的问题试图通过直接分析测量和量子操作的能量来解决这个问题[46-48]，或者通过将随机热力学的概念推广到零温度[49]。为了对最近的发展进行更全面的综述，我们指的是文献[50,51]。目前的分析专门用于替代治疗，主要目标是量化单一量子计算中单门操作的能量成本。因此，目前的分析在精神上与纯粹的古典系统中的最新考虑相似[52]。在范围内，我们在量子系统的边际，逻辑状态中编码的shannon信息的变化得出了上限，该信息在哈密顿栅极操作下演变[53]。我们发现，这种上限是由哈密顿量规范给出的，这在文献中提出了量子控制方案的能量成本[54-56]。因此，作为主要结果，我们获得了不平等，将处理信息的数量与运行的能量成本有关。这种小说的结合在功能上与广义兰道的量子计算原理相似，
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。