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超导量子处理器上的统计阶段估计和误差缓解
量子相估计（QPE）是一种关键量子算法，已广泛研究它作为对未来易耐故障量子计算机进行化学和固态计算的方法。最近，几位作者提出了QPE的统计替代方法，这些替代方案对早期容忍设备有好处，包括较短的电路和更好的减轻误差技术的适用性。然而，缺乏对实际量子处理器算法的实验研究。在这里，我们对Rigetti超导处理器实施统计阶段估计。特别是，我们使用Lin和Tong [Prx Quantum 3，010318（2022）]算法的修改，并改善了Wan等人的傅立叶近似。[物理。修订版Lett。 129，030503（2022）]并应用一项变分兼容技术来减少电路深度。 然后，我们结合了减轻错误的策略，包括零噪声外推和减轻读数的读数和读数。 我们提出了一种从统计阶段估计数据中估算能量的新方法，发现相对于先前的理论界限，最终能量估计的准确性提高了1-2个数量级，从而降低了执行准确的相位估计计算的成本。 我们将这些方法应用于四个轨道中多达四个电子的活性空间的化学问题，包括应用量子嵌入方法，并使用它们在化学精度中正确估计能量。Lett。129，030503（2022）]并应用一项变分兼容技术来减少电路深度。然后，我们结合了减轻错误的策略，包括零噪声外推和减轻读数的读数和读数。我们提出了一种从统计阶段估计数据中估算能量的新方法，发现相对于先前的理论界限，最终能量估计的准确性提高了1-2个数量级，从而降低了执行准确的相位估计计算的成本。我们将这些方法应用于四个轨道中多达四个电子的活性空间的化学问题，包括应用量子嵌入方法，并使用它们在化学精度中正确估计能量。我们的工作表明，统计阶段估计具有自然的弹性，尤其是在缓解相干错误之后，并且可以达到比以前分析所建议的要高得多的准确性，这表明其作为早期耐故障设备的有价值的量子算法的潜力。
![arXiv:2207.11913v2 [physics.app-ph] 2022 年 9 月 22 日](/simg/8\80b88ce3d09b91dce45e94d7eaaca1da899de7a4.webp)
arXiv:2207.11913v2 [physics.app-ph] 2022 年 9 月 22 日
量子信息技术中必不可少的量子器件是在硅或蓝宝石晶片上制造的。最近的研究发现，晶片中的声学模式可以在量子态操控中发挥重要作用，包括声学和量子比特态之间的交换操作，从而导致冷却 1,2。声学模式由晶片上制备的压电换能器产生。这通常是材料声学研究最常用的方法，其中电极与换能器粘合，而换能器与感兴趣的样品直接接触。换能器对振荡电压的压电响应将电磁信号转换为机械振荡。在某些情况下，让电极或换能器与样品物理接触是不可取的或不切实际的。在这里，我们展示了一种用于产生和测量材料中声学共振的非接触式技术。Dobbs 3 描述了使用螺线管和静磁场在金属中产生声学共振。电磁信号与机械振动之间的耦合是通过磁场产生的洛伦兹力实现的，从而无需使用压电材料。洛伦兹力发生在金属表面或射频 (RF) 穿透深度内，从而在体内产生声学模式。通过这种方法，我们研究了硅晶片中的高谐波声学模式，精确测量了纵向和横向声速并计算了相应的弹性常数。我们的样品是一块 [001] 单晶硅晶片，一侧覆盖有 Nb 薄膜。样品从最初直径为 15 厘米的商用晶片上切割下来，尺寸为 4mmx 4mmx 330 µ m（浮区，电阻率 > 10,000 Ωcm）。本文详细描述的结果针对的是厚度为 155 nm 的 Nb 薄膜，由 Rigetti Computing 采用高功率脉冲磁控溅射 (HiPIMS) 制备。高达 14 T 的高磁场敏感度测量
行业量子计算应用
计算技术推动了工业，科学，政府和社会的进步。尽管这些技术构成了智能系统的基础并实现了科学和业务创新，但它们也是进步的限制因素。量子计算有望通过更好，更快的解决方案来克服这些局限性，以优化，模拟和机器学习问题。过去几年的特征是量子计算的重大进展（例如，Google的量子至上实验），但该技术仍处于起步阶段，缺乏商业上相关的规模和应用。研究和工业化活动目前由国际技术公司（例如IBM，Google，Amazon Web服务，微软，霍尼韦尔，阿里巴巴）和初创企业（例如Ionq，Rigetti，D- Wave）驱动。到目前为止，行业在量子计算领域的最先进工作非常依赖于这些合作伙伴。欧洲和德国正在成功建立研究和资金计划，以促进技术的生态系统和工业化，从而确保数字主权，安全和竞争力。这样的生态系统包括硬件/软件解决方案提供商，系统集成商以及研究机构，初创企业（例如AQT，IQM）和行业的用户。量子计算广泛适用于影响所有行业的优化，机器学习和模拟中的业务问题。因此，行业在这个新兴的生态系统中寻求积极作用是有助于的。我们提出量子技术和应用联盟（QUTAC）的愿景是建立和推进量子计算生态系统，支持德国政府和各种研究计划的雄心勃勃的目标。我们共同认为，量子计算提供了一个令人信服的机会，可以提高数字主权并确保整个行业的竞争优势。QUTAC的应用工作组由代表不同行业的十名成员组成，特别是汽车制造，化学和药品生产，保险和技术。在本文中，我们（与空客作为外部贡献者）一起调查了这些部门以及航空航天行业中量子计算的当前状态，并确定了QUTAC对生态系统的贡献。
论文：一种用于量子程序的开源、工业强度优化编译器
嘈杂的中型量子 (NISQ) 计算机是一个活跃的研究领域。新的量子计算机架构有时是制造过程逐步改进的结果，有时是量子比特技术本身的范式转变。虽然每种新架构在计算意义上都是通用的，但它们设计的无常性挑战了人们为它们编写软件的能力。与传统计算机的情况一样，编译器的作用是减轻这一挑战。量子计算机的软件最好以对程序员来说最简单、最直接的方式编写，而不一定需要了解目标架构的细节。然后，编译器的工作就是生成该软件的有效且适当的表达，该表达考虑到目标架构的细节。在本文中，我们介绍了 Quilc，这是一个开源 4 软件应用程序，用于将用 Quil [ 3 , 24 ] 编写的量子程序编译为优化程序，该程序以目标量子计算机架构的本机操作表示。 Quilc 不需要（实际上也没有办法接受）用户关于细粒度编译策略的指令。相反，它使用 Quilc 必须为其编译用户程序的体系结构的简单描述。体系结构描述语言足够通用，可以处理迄今为止大多数制造的基于门的计算机体系结构，并且可以预测新的体系结构。出于这些原因，我们说 Quilc 是自动的和可重定向的。Quilc 不仅仅是一个桌面计算器（避免进行手动重复计算的便利），因为它充当了有关程序编译的知识库，并且能够综合这些信息来发现量子程序的非平凡表达式。我们在第 5 节中提供了这方面的示例。它也是生产级的，并且是 Rigetti Computing 软件堆栈的重要组成部分。本文的结构如下。首先，在第 2 节中，我们概述了 Quilc，包括与编译有关的量子架构的数学公式。第 3 节使用此形式来描述 Quilc 如何实现可重定向性，其高级概述见
构建嘈杂的中型量子计算机
由于处于早期阶段，NISQ 设备在硬件和架构方面高度多样化。领先的 QC 供应商（包括 IBM、Rigetti、Google、IonQ 等）采用了截然不同的方法来构建硬件量子比特。为了支持他们的量子比特选择，供应商还选择了不同的指令集和硬件通信拓扑。此外，由于量子比特控制和制造方面存在根本性挑战，QC 系统的硬件噪声也存在差异。虽然这种多样性本身对高效和可移植的应用程序执行构成了挑战，但现在可构建的 QC 硬件与引人注目的现实世界应用程序的资源需求之间也存在巨大差距。许多有趣的应用程序需要具有数千个量子比特和高精度操作的大型系统，但目前的硬件只有不到 100 个量子比特，并且容易出错。为了完全实现实用而强大的 QC，必须采用计算机架构技术和软件工具链来缩小各种算法和设备之间的算法到设备资源差距。为此，我们的文章 2 对量子计算机系统的跨平台特性进行了最深入的探索，并提供了全栈、基准测试驱动的硬件软件分析。从计算机架构的角度来看待量子计算机，我们评估了重要的硬件设计决策（量子比特类型、系统大小、连接性、噪声）、硬件软件接口（门集选择）和软件优化，以解决基本的设计问题：量子计算机系统应该向软件公开哪些指令？指令是否应该在跨不同量子比特类型的设备独立 ISA 中统一？硬件连接性和噪声特性如何影响基准测试性能？编译器可以克服硬件限制吗？为了回答这些问题，我们使用真实系统测量来评估一套量子计算机
量子 PUF 在量子计算中的安全性和信任度
摘要 — 量子计算是一种很有前途的解决计算难题的范例。IBM、Rigetti 和 D-Wave 等多家公司使用基于云的平台提供量子计算机，该平台具有几个有趣的特性，即：(i) 云端存在具有不同数量量子比特和耦合图的量子硬件，可提供不同的计算能力；(ii) 套件中存在具有相同耦合图的多个硬件；(iii) 具有更多量子比特的较大硬件的耦合图可以适应许多较小硬件的耦合图；(iv) 每个硬件的质量都不同；(v) 用户无法验证从量子硬件获得的结果的来源。换句话说，用户依赖云提供商的调度程序来分配请求的硬件；(vi) 云端的量子程序队列通常很长，并且可以最大化吞吐量，这是降低成本和帮助科学界进行探索的关键。上述因素促使了一种新的威胁模型，该模型具有以下可能性：（a）未来，第三方不太可信的量子计算机可能会分配质量较差的硬件，以节省成本或满足其虚假宣传的量子比特或量子硬件规格；（b）工作负载调度算法可能存在错误或恶意代码段，这些错误或恶意代码段将试图以分配给质量较差的硬件为代价来最大化吞吐量。可信提供商也有可能存在此类错误；（c）可信云供应商中的恶意员工可能会试图通过篡改调度算法或重新路由程序来降低用户计算质量，从而破坏供应商的声誉；（d）恶意员工可以通过将程序重定向到他们具有完全控制权的第三方量子硬件来窃取信息。如果分配的硬件质量较差，用户将遭受质量较差的结果或更长的收敛时间。我们提出了两种量子物理不可克隆函数 (QuPUF) 来解决此问题 - 一种基于叠加，另一种基于退相干。我们在真实量子硬件上的实验表明
新闻发布_MWC 2025TelefónicaEspaña，Biscay政府的合作伙伴，以制定其量子技术工业战略
Biscay和Telefónica政府之间的框架合作项目将拥有开发所需的最新一代设备。它将结合富士通提供的数字Annelaer（DA），该数字将安置在比斯威的Telefónica中央办公室中。这是历史上日本以外的基础设施中的第一个DA。此量子计算解决方案能够解决多达100,000个变量的问题，利用不同的量子现象（叠加，纠缠，隧道效应）来加快计算。此外，它将具有一个特定的量子仿真平台。目的是能够模仿量子电路的运行，这是通过基于超级计算（HPC）在经典数字计算机上运行软件来实现的，从而获得了几种仿真模式：状态向量，张量网络和MPS（Matrix product state State）。根据协议，Telefónica将为参与该项目的各方提供远程访问Fujitsu的量子计算和仿真平台。这些新平台将补充Telefónica已经提供给Biscay政府的平台。以这种方式，Biscay是世界上拥有更多量子平台和不同技术和不同制造商的地方的地方，例如Amazon Web Services（AWS），DWAVE，IBM，IBM，IONQ，IQM，IQM，Microsoft，Microsoft，OQC，Pascal，Pascal，Pascal，QCI量子量子，Qilimanjaro，Qilimanjaro，Qilimanjaro，Quilimanjaro，Quansinuum，Quarser，Quera，Quera，Quera，Quera，Quera，Quera，Quera，Quera，Quera和rigetti。我们希望公司在该领域进行实验。Alonso强调，在Telefónica，我们一直在研究Biscay的经济促进议员Ainara Basurko认为，“技术与研究中心，大学，商业计划和比斯开会之间的合作将加速该领土量子技术创新的发展和商业化。西班牙电视北领地董事ManuelángelAlonso说：‘在我们看来，与比斯开会政府的合作似乎是一个令人兴奋的项目。 量子计算将在许多层面上改变游戏规则，这使得必须准备面对其风险并从其代表的机会中受益至关重要。西班牙电视北领地董事ManuelángelAlonso说：‘在我们看来，与比斯开会政府的合作似乎是一个令人兴奋的项目。量子计算将在许多层面上改变游戏规则，这使得必须准备面对其风险并从其代表的机会中受益至关重要。
量子 - NPL 出版物
执行摘要 与基于数字位取值为 0 或 1 的传统计算截然不同，量子计算机的量子位 (qubits) 可以同时处理位值 0 和 1。利用此功能，多个相互作用的量子位可以表示大量信息；与传统计算机相比，量子处理器中可以同时共存的二进制数呈指数级增长。即使面对摩尔定律（传统计算机能力每隔一两年翻一番），仅几百个量子位的大规模纠缠量子态的复杂性也很容易超越传统信息处理的能力。大规模量子计算机的运行速度有可能比当今最先进的超级计算机快数百万倍 [1]。利用量子计算能力的国家将能够彻底改变广泛的行业，包括医疗保健、通信、金融服务和交通运输。了解量子计算对于维护国家安全以及商业和私人网络安全也至关重要，因为量子计算机可以破解基于大数分解的传统加密方法。这是全世界都认可的。“量子计算的全球领导地位带来了军事和情报优势，以及许多人预计未来几十年将成为一个庞大产业的竞争优势，”美国众议院科学、空间和技术委员会在 2018 年 9 月 13 日的一份声明中写道，当天众议院一致通过了《国家量子计划法案》，投资 12 亿美元用于一项计划，其中三分之一由美国国家标准与技术研究所 (NIST) 实施。目前，两种技术平台是实现大规模量子计算机的主要候选者：捕获离子和超导量子比特，每种技术都有其优点和缺点。虽然英国国家量子技术计划迄今为止优先考虑离子阱平台，但其他国家（美国、大多数欧洲国家、中国、俄罗斯、加拿大、日本）也分散了对两个平台的投资。大多数商业公司（例如IBM、Google、Intel、Rigetti、D-Wave、阿里巴巴）专门开发超导处理器。SQC 不再仅仅属于基础研究领域，而已成为一场工程竞赛。有些人将其比作过去的太空竞赛。多快？近年来，基于超导芯片的量子计算机日趋成熟，其速度甚至超过了最大胆的专家预测。如今，相对较小但不太实用的超导量子计算机已在网上向所有人开放。更大、性能呈指数级增强的超导处理器正在实验室中进行测试。由于量子计算的军事和安全影响，一旦这些大规模量子计算机在不久的将来面世，就不能指望获得不受限制的访问权限。量子霸权很可能在 2020 年之前实现，即超导量子计算机能够比最先进的传统超级计算机更快地解决特定问题，有些人甚至预测今年就能实现！英国科学家为超导领域做出了关键贡献。最近，我们还成功吸引了许多来自国外的 SQC 顶尖研究人员。多年来，我们的工程师已经创建了足以推动 SQC 发展的低温、纳米制造、软件和电子技术基础。NPL 的 SQC 测试和评估能力处于世界领先地位。本文的主要结论是，我们认为，在国际舞台上，超导技术已经成熟到英国将其国家专业知识和设施整合在一起进行协调活动的水平。如果决定资助一个基于生产工程系统的重点管理项目，我们相信这将能够以最高的期望水平为英国提供超导量子计算能力。
量子 - NPL 出版物
执行摘要 与基于数字位（取值 0 或 1）的传统计算截然不同，量子计算机的量子位 (qubits) 可以同时处理位值 0 和 1。利用这种能力，多个相互作用的量子位可以表示大量信息；与传统计算机相比，量子处理器中可以同时共存的二进制数呈指数级增长。即使面对摩尔定律（传统计算机的性能每隔一两年翻一番），仅几百个量子位的大规模纠缠量子态的复杂性就很容易超越传统信息处理的能力。大规模量子计算机的运行速度有可能比当今最先进的超级计算机快数百万倍 [1]。利用量子计算能力的国家将能够彻底改变医疗保健、通信、金融服务和交通运输等众多行业。了解量子计算对于维护国家安全以及商业和私人网络安全也至关重要，因为量子计算机可以破解基于大数分解的传统加密方法。这是全世界公认的事实。美国众议院科学、空间和技术委员会在 2018 年 9 月 13 日的一份声明中写道：“在量子计算领域取得全球领导地位将带来军事和情报优势，以及竞争优势，许多人预计未来几十年这个行业将成为一个庞大的产业。”当天，众议院一致通过了《国家量子计划法案》，将投资 12 亿美元用于一项计划，其中三分之一由美国国家标准与技术研究所 (NIST) 实施。目前，两种技术平台是实现大规模量子计算机的主要候选者：离子阱和超导量子比特，它们各有优缺点。虽然英国国家量子技术计划迄今为止优先考虑离子阱平台，但其他国家（美国、大多数欧洲国家、中国、俄罗斯、加拿大、日本）也分散了对两个平台的投资。大多数商业公司（例如 IBM、谷歌、英特尔、Rigetti、D-Wave、阿里巴巴）专门开发超导处理器。SQC 不再仅仅属于基础研究领域，而是成为了一场工程竞赛。有人将其比作过去的太空竞赛。近年来，基于超导芯片的量子计算机的成熟速度甚至超过了最大胆的专家预测。如今，规模相对较小但不太实用的超导量子计算机可以在网上供所有人使用。更大、功能更强大的超导处理器正在实验室中进行测试。由于量子计算对军事和安全的影响，一旦这些大规模量子计算机在不久的将来面世，就期望获得不受限制的访问权限，这种期望未免过于自满。多快呢？量子霸权，即超导量子计算机能够比最先进的传统超级计算机更快地解决特定问题，很可能在 2020 年之前实现，有些人甚至预测今年就能实现！英国科学家在超导领域做出了关键贡献。最近，我们还成功吸引了许多来自国外的 SQC 顶尖研究人员。多年来，我们的工程师已经创建了足以推动 SQC 发展的低温、纳米制造、软件和电子技术基础。NPL 的 SQC 测试和评估能力处于世界领先地位。本文的主要结论是，我们相信在国际舞台上，超导技术已经成熟到英国将其国家专业知识和设施整合在一起进行协调活动的水平。如果决定资助一个以生产工程系统为基础的重点管理项目，我们相信这将能够为英国提供最高水平的超导量子计算能力。