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超导量子比特的控制与测量系统
控制量子位的状态涉及操纵其量子态以执行所需的操作。这种操纵通常涉及应用量子门序列 [3]，它们类似于经典逻辑门，但作用于量子态 [4]。这些门可以确定性地改变量子位的状态，从而产生叠加和纠缠，以及计算所需的其他量子操作。测量量子位的状态涉及确定其在特定时刻的量子态。量子位耦合到位于其物理位置附近的微波谐振器。正是通过这些谐振器，可以确定或“读出”量子位的状态。确定量子位状态的一种常用技术是色散读出法 [5]。该方法利用了这样一个事实：量子位的状态对读出谐振器的某些宏观参数（例如其谐振频率）有直接影响。
量子传感与基本物理的超导Qubits
电子邮件：roberto.moretti@mib.infn.it摘要 - Quantum Sensing是一个快速扩展的研究领域，在基本物理实验中找到了其应用之一，例如寻找弱EM耦合的暗物质（DM）候选候选者，NAINELELENEXION和DALK PHOTCON。超导Qubits和制造技术的最新发展对量子传感的推动进展产生了重大贡献，这要归功于它们对AC领域的高灵敏度，并且有可能基于量子非demolition（QND）[1]和直接检测来利用基于量子非demolition（QND）的检测方案。QND包括在量子系统和被困在空腔中的光子之间建立一个纠缠状态，从而使我们能够在不吸收的情况下推断光子的存在，从而实现多个测量值，从而指数抑制了深色计数速率。相反，直接检测方案依赖于共振，低功率，暗物质诱导的交流场，其量子态缓慢地旋转速度状态，该量子态可以在高碳状态的thermons和fluxoniums中衡量。此贡献是INFN QUB-IT协作的一部分，该协作旨在通过量子超导设备来推进微波单光子检测。演示将说明QUB-IT状态以实现数百微秒连贯的时间和工程DM检测设置。这项工作研究了平面transmon量子芯片芯片的建模和设计优化，利用集结振荡器模型（LOM）[3]和能量参与率（EPR）[4] [4]来提取汉密尔顿参数。基于EPR的新型策略是为了增强通过有限元模拟估算两级系统（TLS）损失估算的准确性。还讨论了通过耦合的多Qubit系统提高DM敏感性的可能性，以及在国家标准技术研究所（NIST）制造的单量芯片（NIST）的表征以及模拟和测量的Qubit参数之间的彻底比较，例如弹性频率，Anharmormonity和Anharmormonity和Anharmonicity and coupling Lustertic lofter与读取结构。这项工作中提出的初步结果有望进一步增强量子传感平台的灵敏度和可靠性，这可能会超过当前光DM搜索实验的局限性。
利用擦除量子比特进行量子传感
“擦除量子比特”中的主要噪声是擦除 — 一种可以检测到其发生和位置的错误。擦除量子比特有可能减少与容错相关的开销。迄今为止，对擦除量子比特的研究主要集中在量子计算和量子网络应用上。在这里，我们考虑擦除量子比特在量子传感和计量方面的适用性。我们从理论上表明，对于相同级别的噪声，与非擦除量子比特相比，擦除量子比特可以充当更精确的传感器或时钟。我们通过人工将擦除误差（以原子损失的形式）或失相误差注入差分光学晶格时钟比较来实验证明这一点，并观察到在相同注入误差率的情况下，擦除误差的精度有所提高。在具有重复测量周期的时钟中，擦除可以将稳定性提高 2 倍。擦除量子比特对传感的类似好处可以在其他量子平台（如里德堡原子和超导量子比特）中实现。
量子比特上的图形：演示量子计算机上的三种图形算法
用于数据库和数据管理的量子计算是一个新兴的研究领域，近年来取得了长足的发展 [35,46]。该领域旨在满足对更复杂的优化方法的需求，这些方法至关重要，因为数据量和复杂性继续以越来越快的速度增长。该领域的主要愿景是未来数据库的优化可能部分在量子计算机上进行。之前的大部分研究集中于利用各种二次无约束二元优化公式来优化关系数据库 [4、11、15、17、25、33、34、36、37、44、45、49、53]。第二种最常见的量子计算方法是用量子机器学习来解决数据库问题 [18、19、47、51、52]。尽管关系数据库中的许多优化问题从根本上来说都是图问题（例如，连接顺序选择），但该领域中图算法的全部功能尚未得到充分研究。为了对量子计算中现有的图算法进行更系统的研究和基准测试，
Floquet 量子比特之间的可编程海森堡相互作用
在追求量子模拟和容错量子计算的过程中，稳健性和可调谐性之间的权衡是一个核心挑战。特别是，量子架构通常被设计为以牺牲可调谐性为代价来实现高相干性。许多当前的量子比特设计具有固定的能级，因此可控相互作用的类型有限。在这里，通过将固定频率的超导电路绝热转换为可修改的 Floquet 量子比特，我们展示了具有完全可调各向异性的 XXZ Heisenberg 相互作用。该交互模型可以充当一组富有表现力的量子操作的原语，但也是自旋系统量子模拟的基础。为了说明我们的 Floquet 协议的稳健性和多功能性，我们定制了 Heisenberg Hamiltonian 并实现了具有良好估计保真度的双量子比特 iSWAP、CZ 和 SWAP 门。此外，我们在更高的能级之间实现了 Heisenberg 相互作用，并使用它来构建三量子比特 CCZ 门，同样具有竞争保真度。我们的协议适用于多个固定频率高相干性平台，为高性能量子信息处理提供了一系列交互。它还确立了 Floquet 框架作为探索量子电动力学和最优控制工具的潜力。
量子比特的实时量子控制
量子计算依赖于开发能够抵抗汉密尔顿量中微小且不受控制的参数变化的量子设备。人们可以通过实时估计这种不受控制的变化来应用反馈，以稳定量子设备并提高其相干性。这项任务对于许多量子平台（如自旋、超导电路、捕获原子和其他用于抑制或纠正错误的平台）都很重要。半导体自旋量子比特具有长相干时间、紧凑尺寸以及与现有半导体技术大规模集成的潜力，因此具有吸引力。然而，到目前为止，自旋量子比特凭借所选设备的高保真操作而大放异彩。进一步的可扩展性和可重复性可能需要主动补偿环境波动。在本论文中，我们专注于实时闭环反馈协议，以估计量子比特汉密尔顿量参数的不受控制的波动，然后提高量子比特旋转的质量。首先，我们使用低延迟量子控制器相干地控制自旋量子比特。该协议使用在砷化镓双量子点中实现的单重态-三重态自旋量子比特。我们在两个控制轴上建立实时反馈，并提高相干自旋旋转的最终品质因数。即使汉密尔顿量的某些分量完全受噪声控制，我们也展示了噪声驱动的相干控制。作为一种应用，我们在两个波动的控制轴存在的情况下实现了 Hadamard 旋转。接下来，我们提出了一种基于物理的实时汉密尔顿估计协议。我们通过根据福克-普朗克方程更新其概率分布来实时估计双点内波动的核场梯度。我们通过基于先前的测量结果自适应地选择电子单重态对的自由演化时间，进一步改进了基于物理的协议。与以前的方案相比，该协议将估计速度提高了十倍。最后，我们提出了一种自适应频率二进制搜索方案，用于有效跟踪共振驱动量子比特中的低频波动。我们实时地实施贝叶斯算法来估计磁通可调的 transmon 量子比特中的低频磁通噪声，其相干性和保真度得到了改善。此外，我们通过门集层析成像显示，我们的频率跟踪协议最大限度地减少了系统中的漂移量。我们的方法引入了闭环反馈方案，旨在减轻退相干的影响并延长量子系统的寿命。这篇论文推动了该领域的发展，即集成量子比特硬件和控制硬件，并实施计算机科学中的贝叶斯估计和优化方法。
减少量子因式分解中的量子比特数量
摘要本文重点研究了在 Z ∗ N 中因式分解和计算离散对数的量子算法中逻辑量子比特数量的优化。这些算法包含一个模 N 幂运算电路，它占了大部分成本，包括量子比特和运算成本。在本文中，我们表明，仅使用 o (log N ) 个工作量子比特，就可以获得模幂运算输出的最低有效位。我们将此结果与 May 和 Schlieper 的截断技术 (ToSC 2022) 以及 Shor 算法的 Eker˚aH˚astad 变体 (PQCrypto 2017) 相结合，仅使用 d + o (log N ) 个量子比特来解决 Z ∗ N 中的离散对数问题，其中 d 是对数的比特大小。因此，我们可以使用 n/2 + o(n) 个量子位来因式分解 n 位 RSA 模数，而当前设想的实现需要大约 2n 个量子位。我们的算法使用余数系统，并且以可参数化的概率成功。由于它是完全经典的，我们已经实现并测试了它。对于 RSA 因式分解，我们可以达到深度 O(n2log3n) 的门数 O(n3)，然后必须将其乘以 O(logn)（Eker˚aH˚astad 所需的测量结果数）。要因式分解一个 RSA-2048 实例，我们估计 1730 个逻辑量子位和 236 个 Toffili 门就足以进行一次运行，而该算法平均需要 40 次运行。为了解决 2048 位安全素数组中 224 位（112 位经典安全性）的离散对数实例，我们估计 684 个逻辑量子位就足够了，并且每次使用 2 32 Toffili 门进行 20 次运行。
用于通量量子比特之间高保真门的可调电感耦合器
1 芝加哥大学詹姆斯弗兰克研究所，美国伊利诺伊州芝加哥 60637 2 芝加哥大学物理系，美国伊利诺伊州芝加哥 60637 3 斯坦福大学物理与应用物理系，美国加利福尼亚州斯坦福 94305 4 西北大学物理与天文系，美国伊利诺伊州埃文斯顿 60208 5 耶鲁大学耶鲁量子研究所，美国康涅狄格州纽黑文 06511 6 中国科学技术大学合肥国家微尺度物质科学研究中心和物理科学学院，中国合肥 230026 7 中国科学技术大学上海量子科学研究中心和中科院量子信息与量子物理卓越创新中心，上海 201315 8 普林斯顿大学物理系，美国新泽西州普林斯顿 08544 9 芝加哥大学普利兹克分子工程学院，美国伊利诺伊州芝加哥60637，美国
多量子点系统中的定位量子位
摘要：人们长期以来一直在寻找设想中的量子互联网节点的物理平台。我们在此提出了这样一个平台，以及一个概念简单、实验简单的量子信息处理方案，该方案在多个晶相量子点系统中实现。我们引入了新的定位量子比特，描述了一种构建全光量子门通用集的方法，并模拟了它们在包括退相干源在内的实际结构中的性能。我们的结果表明，定位量子比特对主要退相干机制具有鲁棒性，实际的单量子比特门保真度超过 99.9%。我们的方案为构建具有内置光子接口的多量子比特固态量子寄存器铺平了道路，这是即将到来的量子互联网的关键构建块。关键词：光学活性纳米线量子点、晶相量子结构、定位量子比特、光量子控制、绝热量曼技术
