y3 =θ(-0.5)…………………………(35)在方程35上应用单位步长函数,因此,y3 = 0代替wand1,wand2,wand2,band 2 24 y =θ((1*y3) +(1*y3) +(1*y2 y2 y2 y2 y2) +(-1.5) +(-1.5);考虑y2 = 0,y3 = 1,在等式中替换为36 y =θ((1*1) +(1*0) +(-1.5))y =θ(-0.5)…………………………………………………………(37)在方程式37上应用单位步骤37,因此,y = 0 case 2: (1*1) +(-1.5))y =θ(0.5)…………………………(38)在方程38上应用单位步长函数,因此,y = 1案例3:考虑y2 = 1,y3 = 1,在等式36 y =θ((1*1) +(1*1) +(1*1) +(1*1) +(-1.5)y = 5)(36 y = fime)因此,在公式39上,y = 1案例4:考虑y2 = 1,y3 = 0,在等式36 y =θ((1*0) +(1*1) +(1*1) +(-1.5))y =θ(-0.5))………………………………………………(40)在等式40,y = 0 4.
当前的量子计算机特别容易出错,需要进行高度优化以减少操作次数并最大限度地提高编译程序的成功概率。这些计算机仅支持分解为一和两量子比特门的操作,以及物理连接的量子比特对之间的两量子比特门。典型的编译器首先分解操作,然后将数据路由到连接的量子比特。我们提出了一种新的编译器结构 Orchestrated Trios,它首先分解为三量子比特 Toffoli,将高级 Toffoli 操作的输入路由到附近的量子比特组,然后完成分解为硬件支持的门。通过让路由过程访问电路的高级结构而不是丢弃它,这显著降低了通信开销。第二个好处是现在能够为路由过程后已知的特定硬件量子比特选择架构调整的 Toffoli 分解(例如 8-CNOT Toffoli)。我们在 IBM Johannesburg 上进行了实际实验,结果表明,与 Qiskit 相比,Toffoli 的双量子比特门数平均减少了 35%,单个 Toffoli 的成功率提高了 23%。此外,我们还编译了许多近期基准算法,结果表明,Johannesburg 架构的模拟成功率平均提高了 344%(或 4.44 倍),并与其他架构类型进行了比较。
摘要:几何相位用于构造量子门,因为它可以自然地抵抗局部噪声,充当几何量子计算的模块化单元。同时,需要快速非绝热几何门来减少退相干引起的信息损失。在这里,我们提出了一种非绝热几何量子门的数字模拟,以达到绝热的捷径 (STA)。更具体地说,我们将基于不变量的逆向工程与最优控制理论相结合,在两级量子比特系统的背景下设计快速且鲁棒的阿贝尔几何门,以抵抗系统误差。我们以 X 和 T 门为例,其中的保真度和鲁棒性是通过理想量子电路中的模拟来评估的。我们的结果还可以扩展到构造两量子比特门,例如受控相位门,它与单个量子比特绕 Z 轴旋转共享等效有效哈密顿量。这些受 STA 启发的非绝热几何门可以在物理上实现量子纠错,从而实现噪声中型量子 (NISQ) 时代的容错量子计算。
量子计算的一个突出挑战是构建具有出色相干性和可靠的通用控制的量子装置[1 – 3]。为了获得良好的相干性,我们可以选择低耗散的物理系统(例如超导腔[4 – 6]和核自旋[7 – 10]),或者通过主动量子纠错进一步增强相干性[11,12]。当我们通过将中央系统与噪声环境更好地隔离来提高相干性时,处理存储在中央系统中的信息变得更加困难。为了控制几乎孤立的中央系统,我们通常会引入相对容易控制的辅助系统(例如,transmon 量子比特[13 – 15]和电子自旋[8,9]),但辅助系统通常比中央系统遭受更多的退相干,从而限制了辅助量子操作的保真度。因此,开发能够容忍辅助错误的量子控制协议至关重要。对于具有时间或空间相关性的噪声,我们可以使用动态解耦[16 – 18]或无退相干编码[19,20]技术来实现中央系统的抗噪声控制。当噪声没有相关性(例如马尔可夫噪声)时,我们需要主动量子纠错(QEC)来提取熵。对于量子比特系统,抑制辅助误差的一种常用策略是使用横向方法[1,21 – 26],但这可能需要花费大量的硬件开销并且不能提供通用控制[1],因此希望有一种硬件高效的方法来实现对辅助误差的容错操作[27 – 32]。与量子比特系统不同,每个玻色子模式都有一个大的希尔伯特空间,可以使用各种玻色子量子码来编码量子信息,正如最近的实验所证明的那样[11,33 – 35]。然而,没有简单的方法来划分玻色子
量子计算理论中的一个基本问题是了解执行一组通用逻辑量子门以达到任意精度的最终时空资源成本。在这里,我们证明 Turaev-Viro 量子纠错码中的非阿贝尔任意子可以通过恒定深度局部酉量子电路移动代码距离的量级,然后进行量子比特排列。我们的门受到保护,因为错误字符串的长度不会增加超过一个常数倍。当应用于斐波那契码时,我们的结果表明,可以通过恒定深度酉量子电路在编码量子比特上实现通用逻辑门集,而不会增加空间开销的渐近缩放。这些结果也直接适用于表面代码中拓扑缺陷的编织。我们的结果将编织的概念重新表述为一个有效的瞬时过程,而不是一个绝热的缓慢过程。
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。
我们用电磁捕获的原子离子晶体来表示量子比特或自旋,每个离子内的两个电子能级表现为有效量子比特或自旋 1/2 粒子。电子能级的具体选择取决于原子元素以及用于操纵和测量量子比特状态的所需控制场类型。这些量子比特状态对于执行量子信息处理的最重要特征是 (a) 能级寿命长且表现出出色的相干性,(b) 能级状态具有适当的强光学跃迁到辅助激发态,允许通过光泵浦进行量子比特初始化并通过荧光进行量子比特检测,以及 (c) 量子比特通过可外部控制和门控的相干耦合进行交互。这将原子种类限制为少数元素和量子比特/自旋态,这些元素和量子比特/自旋态要么被编码为具有射频/微波频率分裂的单个外电子原子的 S 1 / 2 超精细或塞曼基态(例如,Be + 、Mg + 、Ca + 、Sr + 、Ba + 、Cd + 、Zn + 、Hg + 、Yb + ),要么被编码为具有光频率分裂的单个或双外电子原子的基态和 D 或 F 亚稳态电子激发态(例如,Ca + 、Sr + 、Ba + 、Yb + 、B + 、Al + 、Ga + 、In + 、Hg + 、Tl + 、Lu + )。某些种类(例如,Ba + 、Lu + 、Yb + )具有足够长的 D 或 F 亚稳态激发态寿命,以在其超精细或塞曼能级中承载量子比特,并具有射频/微波分裂。
1.9 盖茨黑德和纽卡斯尔地方当局区域的社会和经济条件相同,再加上地理位置相近,这意味着在 CSUCP 的准备过程中建立的有效联合工作仍然是这两个地方当局制定和实施计划的重要因素。 委员会的规划团队合作准备和更新证据,以支持他们已采用和正在制定的地方计划政策,最值得注意的是提供证据来为 MSGP 和 DAP 文件的新兴政策提供信息和支持(包括联合委托的 2017 年盖茨黑德和泰恩河畔纽卡斯尔战略住房市场评估)。 地方当局之间持续密切合作,使得联合进行 CSUCP 审查成为适当的做法。