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超过100个量子比特的超导量子计算
谷歌去年 12 月发布的 105 量子比特 Willow 处理器获得了广泛赞誉，不仅因为其质量和规模，还因为它能够承载低于阈值的表面码存储器——这种存储器可能对容错量子计算很有用 [ 1 ]。现在，潘建伟和他的同事们提出了祖冲之 3.0，它有 105 个量子比特，排列成 15 × 7 的阵列，还有 182 个量子比特耦合器（图 2 ) [ 2 ]。研究人员通过对 83 个量子比特的子集进行 32 个逻辑周期的随机电路采样来测试他们的新设备。他们确定，最强大的经典计算机需要数十亿年的运行时间才能模拟他们的量子处理器在 100 秒内生成的概率分布。这一性能比谷歌的 67 和 70 量子比特的 Sycamore 处理器 [ 6 ]（Willow 的两个前身）高出几个数量级。
具有超导码头的图形稳定器的耗散动力学
我们在实验和数字上研究多部分纠缠状态的嘈杂演化，重点是通过云访问的超导量设备。我们发现，动力学的有效模式需要一个由随机电荷 - 偏向波动引起的连贯频移。我们介绍了一种方法，该方法使用扩展的马尔可夫环境建模了电荷 - 比值拆分。这种方法在数十个量子位上是可扩展的，使我们能够有效地模拟某些大型多Quipit状态的耗散动力学。探测越来越大，更复杂的初始状态的连续时间动力学，在环形状态下，最多12个耦合量子量，我们获得了实验和模拟的良好一致性。我们表明，基本的多体动力学会产生稳定器的衰减和复兴，这些动力在量子误差校正的背景下广泛使用。此外，我们使用定制的动力学去耦序列来证明两数Qubit的相互作用（串扰）的缓解。我们的噪声模型和数值方法对于提高对误差纠正和缓解的理解并邀请进一步研究其动态可能是有价值的。
计算的下一步是什么——比特、人工智能和量子比特？
尽管取得了这些进展，但仍有许多重大且相关的问题对于传统计算机和 AI 加速器来说是难以解决的，但量子计算机可以解决这些问题。过去几年，量子计算技术取得了长足的发展，自下而上地开发了整个堆栈。这些量子系统在规模、质量和速度上不断扩大，量子处理器单元已超过 1000 个量子比特。最近的错误缓解方法的实施开始实现有趣的计算机制，其中量子计算机运行的电路超出了蛮力传统模拟的范围。此外，技术路线图正在为未来十年内未来的纠错系统铺平道路。
如何提高两个纠缠量子比特之间的保真度......
摘要 — 在量子计算中，使用高保真度纠缠量子比特对在两个系统之间进行通信至关重要。为了提高两个纠缠量子比特之间的保真度，人们使用一种称为蒸馏的技术。蒸馏协议有很多种。1995 年，Bennet 等人发表了一篇论文 [1]，其中介绍了一种名为 BBPSSW 的协议。1996 年，Deutsch 等人发表了一篇新论文，进一步改进了该协议，其中介绍了一种名为 DEJMPS 的新协议。最后，在 2008 年，Campbell 和 Benjamin 发表了一篇论文，介绍了一种使用光子损耗蒸馏纠缠量子比特对的最终新方法。为了将每个协议与另一个协议进行比较，我们将对每个协议进行解释。然后，将从四个不同的点对这三个协议进行比较。这些是输入灵活性 1 、成功蒸馏的概率、每次迭代的保真度改进和效率 2 。经过比较可以得出结论：DEJMPS 是总体最佳的协议，因为它在上述四点中总体排名最高。
通过以参与者为中心的心理教育程序缓解安慰剂响应：一项随机，单盲，全安慰剂研究主要抑郁症和精神病
最先进的固态量子处理器的主要局限性之一是由于表面上的吸附物，界面上的杂质和材料缺陷引起的噪声而引起的量子降压和放松。要使领域迈向全断层量子计算，需要更好地了解这些显微镜噪声源。在这里，我们使用超高的真空包装来研究真空负载，紫外线照射和离子辐照处理对放松和相干时间的影响，以及缓慢的参数频率的频率频率浮动，可调节的超导超导转移速度。所研究的处理不会显着影响弛豫率γ1和回声衰减率γe 2； SS处于最佳位置，除了减少γ1的NE离子轰击。相比之下，通过从紫外线和NH 3处理的芯片表面中去除磁吸附物，可以改善漏噪声参数。此外，我们证明了SF 6离子轰击可用于原位调节量子频率，而在固定后进行了轰炸，而不会在最佳位置影响量子放松和相干时间。
从Qubits到集成的量子电路M. Veldhorst ...
M. Veldhorst Qutech和卡夫利纳米科学学院，代尔夫特技术大学，荷兰摘要我们采用可扩展量子技术的方法脱离了晶体管，这是人类制造的最复制的结构。我们在硅和锗量子点的电子和孔的自旋状态下定义了Qubit。在这次演讲中，我将介绍我们最新的结果，以提高量子质量和数量。首先，我们证明即使是一个孔也可以连贯地控制。通过利用孔的强旋轨相互作用，我们获得了99.99％的栅极保真度的快速量子操作，为量子点系统设定了新的基准测试。此外，通过动态解耦，我们获得了孔的创纪录相干时间，并通过将此技术应用于带滤波器，我们能够测量与核自旋的横向超精细相互作用。第二，我们证明可以在相同的温度状态下操作量子点量子和控制电子设备。此外，我们表明可以使用完全工业的300毫米晶圆过程来实现量子位。这些共同定义了迈向集成量子电路的关键步骤。第三，我们构造了一个2x2量子点阵列，并在二维中显示量子耦合。我们获得了通用控制，并证明了纠缠和解开所有四个量子位的量子电路的连贯执行。Bio Menno Veldhorst是Qutech的小组负责人，Qutech Academy的领导和Tu Delft扩展学校的投资组合总监。他发表了60多篇论文，其中包括《科学与自然期刊》中的18个出版物。最后，我将提出克服量子到问题变化的策略，旨在构建比量子数少的控制线较少的量子系统，以实现量子和技术的相同材料和技术来实现量子优势，从而实现了当今信息年龄的相同材料和技术。Veldhorst在Twente大学获得了优异的奖项（A. Brinkman教授和H. Hilgenkamp教授）。他在新南威尔士大学的教授小组中进行了博士后研究。 A. Dzurak在硅中展示了单一和两分Qubit的逻辑，在2015年被物理学世界称为2015年物理学的前十名突破之一。他在Qutech的小组引入了平面锗量子，在一个开尔文上方证明了硅的通用逻辑，并实现了带有量子点的四个Qubit逻辑。为他对硅和锗量子技术的贡献，他获得了尼古拉斯·库尔蒂科学奖，他被列为麻省理工学院技术评论列表中的有远见的人35下的创新者。作为Qutech Lead Academy，Veldhorst开发了有关量子技术的大型在线课程（MOOC），这些课程吸引了已经吸引了80.000多名学生。
拓扑马约拉纳量子比特上 CNOT 门的完整实现
拓扑量子计算 (TQC) 是一种量子计算方法，旨在通过利用由非阿贝尔任意子组成的非局部自由度的拓扑属性来最小化硬件层面的退相干 [1-3]。后者是奇异的准粒子激发，具有非平凡的交换统计数据，用辫子群的多维表示来描述。非阿贝尔任意子集合嵌入在退化基态流形中，这允许非局部存储量子信息并通过编织实现幺正变换来处理它。在所有非阿贝尔任意子中，马约拉纳零能量模式 (MZM) 是最有希望用于 TQC 开发的模式 [4-8]，因为它们是凝聚态系统中最可行的模式。过去十年，开创性的实验确实在多个不同平台上为它们的存在提供了强有力的证据，如近邻半导体纳米线[9-12]、磁性吸附原子链[13，14]、拓扑超导体内的涡旋[15，16]、平面约瑟夫森结[17，18]和近邻量子自旋霍尔边缘[19，20]。基于马约拉纳量子计算机的构建块是马约拉纳量子比特，由四个马约拉纳零点模型组成。通过物理编织这些马约拉纳零点模型，可以实现所有单量子比特 Clifford 门 [21-23]。这些门受到拓扑保护，因为它们的结果完全取决于 2+1 维空间中任意子绝热遵循的轨迹的拓扑。重要的是，一对 MZM 的编织可以通过多种方式实现，这些方式都等同于两个非阿贝尔任意子的物理交换 [ 24 – 30 ] 。事实上，通过考虑额外的 (混合的) 辅助马约拉纳粒子的存在，我们可以通过适当调整不同 MZM 之间的成对耦合 [ 31 , 32 ] 或通过执行顺序射影宇称测量 [ 8 , 33 – 38 ] 来进行编织。非 Clifford 操作（如 T 门）无法通过马约拉纳编织实现，并且必然依赖于没有拓扑保护的实现，并且需要额外的纠错方案（如魔法态蒸馏）[ 23 , 39 ] 。为了实现通用量子计算，单量子比特门必须补充纠缠门，如 CNOT 门。遗憾的是，这种两量子比特 Clifford 门无法在可扩展架构中仅通过马约拉纳编织操作实现 [22, 40]。基于测量的方法使我们能够克服这个问题，通过对（联合）马约拉纳奇偶性进行高保真投影测量来实现 CNOT 门 [8, 35, 41 – 44]。然而，尽管基于测量的 TQC 已被证明对未来开发完全可扩展的拓扑量子计算机非常有价值，但所需的测量协议仍然是一项艰巨的挑战 [35,45,46]。因此，目前，最好设计和描述替代方案，这些方案不依赖于高保真测量，但仍允许稳健地纠缠不同的拓扑量子位。在这项工作中，我们提出了一种基于完整方法的 CNOT 门的无测量实现。完整量子计算的关键思想是利用非阿贝尔几何相在底层哈密顿量的退化特征空间上实现幺正运算 [47]。当系统参数沿着参数空间中保持退化的闭环进行调整时，就会出现这些规范不变相。这种方法相当通用，已经在非拓扑量子计算方案中成功运用 [47-49]。因此，在 TQC 中使用完整技术也很有意义。事实上，马约拉纳粒子的编织过程本身可以解释为一个完整的过程，其中系统遵循成对马约拉纳粒子耦合的三维参数空间中特定的、拓扑保护的环路 [8, 31]。完整的编织描述的优点是它可以很容易地推广，既可以通过考虑具有不同拓扑结构的环路来实现，也可以通过考虑具有不同拓扑结构的环路来实现。
量子计算霸权需要多少个量子比特？
量子计算霸权论证描述了量子计算机执行传统计算机无法完成的任务的方式，通常需要某种与传统计算的局限性相关的计算假设。一个常见的假设是多项式层次结构（PH）不会崩溃，这是 P ̸ = NP 命题的更强版本，这导致的结论是，对某些量子电路系列的任何经典模拟所需的时间缩放都比电路大小的任何多项式更差。然而，这个结论的渐近性质使我们无法计算这些量子电路必须具有多少个量子比特，才能使它们的经典模拟在现代经典超级计算机上无法解决。我们改进这些量子计算霸权论证，并通过施加非崩溃猜想的细粒度版本来执行此类计算。我们的前两个猜想 poly3-NSETH( a ) 和 per-int-NSETH( b ) 采用了特定的经典计数问题，这些问题与 F2 上的 n 元 3 次多项式的零点数量或 n × n 整数值矩阵的永久项有关，并断言解决这些问题的任何非确定性算法都需要 2cn 个时间步长，其中 c ∈{a,b}。第三个猜想 poly3-ave-SBSETH( a ′ ) 断言了类似的命题，即平均情况算法存在于复杂度类 SBP 的指数时间版本中。我们分析了这些猜想的证据，并论证了当 a = 1/2、b = 0.999 和 a ′ = 1/2 时它们是合理的。
量子计算霸权需要多少个量子比特？
量子计算霸权论证描述了量子计算机执行传统计算机无法完成的任务的方式，通常需要某种与传统计算的局限性相关的计算假设。一个常见的假设是多项式层次结构（PH）不会崩溃，这是 P ̸ = NP 命题的更强版本，这导致的结论是，对某些量子电路系列的任何经典模拟所需的时间缩放都比电路大小的任何多项式更差。然而，这个结论的渐近性质使我们无法计算这些量子电路必须具有多少个量子比特，才能使它们的经典模拟在现代经典超级计算机上无法解决。我们改进这些量子计算霸权论证，并通过施加非崩溃猜想的细粒度版本来执行此类计算。我们的前两个猜想 poly3-NSETH( a ) 和 per-int-NSETH( b ) 采用了特定的经典计数问题，这些问题与 F2 上的 n 元 3 次多项式的零点数量或 n × n 整数值矩阵的永久项有关，并断言解决这些问题的任何非确定性算法都需要 2cn 个时间步长，其中 c ∈{a,b}。第三个猜想 poly3-ave-SBSETH( a ′ ) 断言了类似的命题，即平均情况算法存在于复杂度类 SBP 的指数时间版本中。我们分析了这些猜想的证据，并论证了当 a = 1/2、b = 0.999 和 a ′ = 1/2 时它们是合理的。
探索基于纳米线的超导量子位的半导体约瑟夫森结
本论文研究基于近端 InAs/Al 纳米线的超导量子比特。这些量子比特由半导体约瑟夫森结组成，并呈现了 transmon 量子比特的门可调导数。除了门控特性之外，这个新量子比特（gatemon）还根据操作方式表现出完全不同的特性，这是本论文的主要重点。首先，系统地研究了 gatemon 的非谐性。在这里，我们观察到与传统 transmon 结果的偏差。为了解释这一点，我们推导出一个简单的模型，该模型提供了有关半导体约瑟夫森结传输特性的信息。最后，我们发现该结主要由 1-3 个传导通道组成，其中至少一个通道的传输概率达到大于 0.9 的某些门电压，这与描述传统 transmon 结的正弦能量相位关系形成鲜明对比。接下来，我们介绍了一种新的门控设计，其中半导体区域作为场效应晶体管运行，以允许通过门控设备进行传输，而无需引入新的主导弛豫源。此外，我们展示了传输和过渡电路量子电动力学量子比特测量之间的明显相关性。在这种几何结构中，对于某些栅极电压，我们在传输和量子比特测量中都观察到量子比特谱中的共振特征。在共振过程中，我们仔细绘制了电荷弥散图，在共振时，电荷弥散显示出明显抑制的数量级，超出了传统的预期。我们通过几乎完美传输的传导通道来解释这一点，该通道重新规范了超导岛的电荷。这与开发的共振隧穿模型在数量上一致，其中大传输是通过具有近乎对称的隧道屏障的共振水平实现的。最后，我们展示了与大磁场和破坏性 Little-Parks 机制中的操作的兼容性。当我们进入振荡量子比特谱的第一叶时，我们观察到出现了额外的相干能量跃迁。我们将其解释为安德烈夫态之间的跃迁，由于与 Little-Parks 效应相关的相位扭曲，安德烈夫态在约瑟夫森结上经历了路径相关的相位差。这些观察结果与数值结模型定性一致。