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Qudits 与 Qubits：更快、更可靠的量子门？
[11] E. Moreno-Pineda、C. Godfrin、F. Balestro 等人。化学学会评论，2018，47，501 [12] M. Ringbauer，M. Meth，L. Postle 等。 Nature Physics, 2022, 18, 1053 [13] Y. Chi, J. Huang, Z. Zhang 等.自然通讯，2022，13，1166 [14] A. Larrouy，S. Patsch，R. Richaud 等人。 Physical Review X, 2020, 10, 021058 [15] Petiziol, F., Chiesa, A., Wimberger, S. et al. npj Quantum Inf, 2021, 7 ,133TbPc2as a qu-4-it（例如 [1]）。
对小量子处理器的连续参数化量子门的样本有效验证
大多数近期量子信息处理设备将无法实现量子误差校正和相关的逻辑量子门集。相反，量子电路将使用设备的物理NATIVE GATE直接进行。这些天然门通常具有参数化（例如，旋转角度），该参数为执行连续的操作范围提供了效果。验证对于在这些设备的可靠性中获得信心很重要。在这项工作中，我们展示了一种方法，用于对小量子处理器的连续参数化量子的样本验证，最多约为10吨。此过程涉及生成从设备的天然门集中选择的随机参数层的随机分析，然后随机堆积与此序列的近似近相，以便执行该设备上的完整座位应在其初始状态附近离开该设备。我们表明，通过这项技术进行的估计值的差异低于通过跨凝结基准标记进行的实现估计值。这提供了实验 -
带有量子频率处理器的高维离散傅里叶变换门
摘要：离散傅里叶变换 (DFT) 是光子量子信息的基础，但将其扩展到高维的能力在很大程度上取决于物理编码，而频率箱等新兴平台缺乏实用方法。在本文中，我们表明，d 点频率箱 DFT 可以用固定的三分量量子频率处理器 (QFP) 实现，只需在 d 每次增量增加时向电光调制信号添加一个射频谐波即可。我们在数值模拟中验证了门保真度 FW > 0.9997 和成功概率 PW > 0.965，最高 d = 10，并通过实验实现了 d = 3 的解决方案，利用并行 DFT 的测量来量化纠缠并对多个双光子频率箱状态进行层析成像。我们的结果为量子通信和网络中的高维频率箱协议提供了新的机会。
基于 Trotter 的无退相干子空间和子系统的完整量子门模拟器
2 理论背景 6 2.1 量子计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . ... 9 2.2.1 退相干和无退相干子空间 . ... . ... . ... . 9 2.2.2 子系统和无噪声子空间和系统 . ... . ... . 10 2.2.3 集体退相干 . ... . ... . ... . ... . ... . . . . 11 2.3 三量子比特 DFS 代码 . ... . ... . ... . ... . ... . ... . . . . 11 2.4 四量子比特无噪声子系统代码 . ... . ... . ... . ... . ... . . . . 13 2.5 Trotter 方程。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 16
量子空间的波粒二象性和量子波门
普渡大学化学系、物理系和普渡量子科学与工程研究所，美国印第安纳州西拉斐特 47907 *电子邮件：kais@purdue.edu 摘要：我们提出三个核心思想：1. 量子空间的波粒二象性；2. 通过有序的量子泛函对对所有基本量子门进行分类；3. 一种称为“量子波门”的新型量子门。我们首先研究量子泛函，其与量子态的关系类似于基础量子物理中动量和位置波函数之间的关系：可以在对偶表示之间定义傅里叶变换和熵不确定性原理。量子泛函不仅仅是数学结构，而且具有明确的物理意义和量子电路实现。将量子泛函的分区解释与量子门的效应联系起来，我们通过有序的量子泛函对将所有基本量子门进行分类。通过将量子泛函推广到量子泛函，发现了新型的“量子波门”，作为传统量子门的量子版本。
改进量子计算中整数乘法器中的 T 门数量及其分布
执行算术运算的量子电路在量子计算中至关重要，因为经过验证的量子算法需要此类运算。尽管量子计算机资源越来越丰富，但目前可用的量子比特数量仍然有限。此外，这些量子比特受到内部和外部噪声的严重影响。已经证明，使用 Clifford+T 门构建的量子电路可以实现容错。然而，使用 T 门的成本非常高。如果电路中使用的 T 门数量没有优化，电路的成本将过度增加。因此，优化电路以使其尽可能节省资源并具有抗噪声能力至关重要。本文介绍了一种执行两个整数乘法的电路设计。该电路仅使用 Clifford+T 门构建，以兼容错误检测和校正码。在 T 计数和 T 深度方面，它的表现优于最先进的电路。
高磁场下捕获离子多量子比特门的自发辐射比较
潘宁阱已用于对数百个离子进行量子模拟和传感，并提供了一种扩大捕获离子量子平台的有希望的途径，因为它能够在二维和三维晶体中捕获和控制数百或数千个离子。在潘宁阱和更常见的射频保罗阱中，激光通常用于驱动多量子比特纠缠操作。这些操作中退相干的主要来源是非共振自发辐射。虽然许多捕获离子量子计算机或模拟器使用时钟量子比特，但其他系统（尤其是具有高磁场的系统，如潘宁阱）依赖于塞曼量子比特，这需要对这种退相干进行更复杂的计算。因此，我们从理论上研究了自发辐射对在高磁场中使用捕获离子基态塞曼量子比特执行的量子门的影响。具体来说，我们考虑了两种类型的门——光移位（ ˆ σ zi ˆ σ zj ）门和 Mølmer-Sørensen（ ˆ σ xi ˆ σ xj ）门——它们的激光束近似垂直于磁场（量化轴），并比较了每种门中的退相干误差。在每种门类型中，我们还比较了与驱动门所用的激光束的失谐、偏振和所需强度有关的不同工作点。我们表明，这两种门在高磁场下的最佳工作条件下都能具有相似的性能，并研究了各种工作点的实验可行性。通过检查每个门的磁场依赖性，我们证明，当 P 态精细结构分裂与塞曼分裂相比较大时，Mølmer-Sørensen 门的理论性能明显优于光移门。此外，对于光移门，我们对高场下可实现的保真度与最先进的双量子比特离子阱量子门的保真度进行了近似比较。我们表明，就自发辐射而言，我们当前配置可实现的保真度比最好的低场门大约高一个数量级，但我们也讨论了几种替代配置，其潜在错误率与最先进的离子阱门相当。
利用线性光学和时频编码实现任意单量子比特门的并行合成
我们提出了新方法，用于精确合成具有高成功概率和门保真度的单量子比特幺正，同时考虑了时间箱和频率箱编码。所提出的方案可通过光谱线性光学量子计算 (S-LOQC) 平台进行实验，该平台由电光相位调制器和相位可编程滤波器（脉冲整形器）组成。我们评估了两种编码中任意门生成的两种最简单的 3 组分配置的保真度和概率性能，并使用单音射频 (RF) 驱动 EOM，为时间箱编码中任意单量子比特幺正的合成提供了精确的解析解。我们进一步研究了使用紧凑实验装置在多个量子比特上并行化任意单量子比特门，包括光谱和时间编码。我们系统地评估和讨论了 RF 带宽（决定驱动调制器的音调数量）以及不同目标门的编码选择的影响。此外，我们还量化了在实际系统中驱动 RF 音调时，可以并行合成的高保真 Hadamard 门的数量，且所需资源最少且不断增加。我们的分析将光谱 S-LOQC 定位为一个有前途的平台，可进行大规模并行单量子位操作，并可能应用于量子计量和量子断层扫描。
精心设计的三重奏：使用 3 量子比特门进行量子程序高效通信的编译
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。
通过绝热捷径实现非绝热几何门的数字量子模拟
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。