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从多体视角看基于 Transmon 的量子计算机
量子计算机的探索正在如火如荼地展开。在过去十年中，量子计算的前沿领域已经从探索少量子比特设备扩展到开发可行的多量子比特处理器。超导 transmon 量子比特是当今时代的主角之一。通过和谐地结合应用工程与计算机科学和物理学的基础研究，基于 transmon 的量子处理器已经成熟到令人瞩目的水平。它们的应用包括研究物质的拓扑和非平衡状态，有人认为它们已经将我们带入了量子优势时代。然而，建造一台能够解决实际相关问题的量子计算机仍然是一个巨大的挑战。随着该领域以无拘无束的热情发展，我们是否全面了解潜伏的潜在危险的问题变得越来越紧迫。特别是，需要彻底弄清楚，在拥有 O (50) 量子比特的可行量子计算机的情况下，是否会出现与多量子比特性质相关的新的和迄今为止未考虑的障碍。例如，小型设备中量子门的高精度很难在大型处理器中获得。在硬件方面，大型量子计算机提出的独特要求已经催生了量子比特设计、控制和读出的新方法。本论文介绍了一种新颖的、不太实用的多量子比特处理器视角。具体来说，我们通过将局域化和量子混沌理论中的概念应用于多 transmon 阵列，将量子工程和多体物理学领域融合在一起。从多体的角度来看，transmon 架构是相互作用和无序非线性量子振荡器的合成系统。虽然 transmon 之间的一定程度的耦合对于执行基本门操作是必不可少的，但需要与无序（量子比特频率的站点间变化）进行微妙的平衡，以防止局部注入的信息在扩展的多体状态中分散。 Transmon 研究已经建立了不同的模式来应对效率低下（由于耦合小或无序大而导致的门速度慢）和信息丢失（耦合大或无序太小）之间的困境。我们使用当代量子处理器作为蓝图，在精确对角化研究中分析了 transmon 量子计算机的小型实例。仔细研究光谱、多体波函数和量子比特-量子比特相关性以获得实验相关的参数范围，发现一些流行的 transmon 设计方案在接近不可控混沌波动的区域运行。此外，我们在经典极限中建立了混沌的出现与量子混沌特征的出现之间的密切联系。我们的概念补充了传统的少量子比特图像，该图像通常用于优化小规模的设备配置。从我们全新的视角，可以探测到超出这个局部尺度的不稳定机制。这表明，在多体定位领域开发的技术应该成为未来 transmon 处理器工程的一个组成部分。
用于量子机器学习和光子计数的 3D 腔中 Transmon 量子比特的表征
1 INFN—弗拉斯卡蒂国家实验室，00044 弗拉斯卡蒂，意大利； matteo.beretta@lnf.infn.it （MB）; fabio.chiarello@ifn.cnr.it（FC）; apiedjou@lnf.infn.it （ASPK）; carlo.ligi@lnf.infn.it （CL）; giovanni.maccarrone@lnf.infn.it（GM）; luca.piersanti@lnf.infn.it （LP）; alessio.rettaroli@lnf.infn.it （AR）; simone.tocci@lnf.infn.it （ST）; claudio.gatti@lnf.infn.it （CG）2 量子研究中心，技术创新研究所，阿布扎比邮政信箱 9639，阿拉伯联合酋长国； boulos.alfakes@tii.ae （英国航空）； anas.alkhazaleh@tii.ae （AA）; stefano.carrazza@cern.ch （SC）; andrea.pasquale@unimi.it（美联社） florent.ravaux@tii.ea (FR) 3 佛罗伦萨大学物理与天文系，意大利塞斯托菲奥伦蒂诺 50019； leonardo.banchi@unifi.it 4 INFN—佛罗伦萨分部，50019 Sesto Fiorentino，意大利 5 米兰大学物理系 TIF 实验室，20133 米兰，意大利； matteo.robbiati@cern.ch 6 INFN 米兰分部，Via Giovanni Celoria 16, 20133 米兰，意大利 7 CERN，理论物理部，CH-1211 日内瓦，瑞士 8 CNR 光子学和纳米技术研究所，00156 罗马，意大利 9 米兰比可卡大学物理系，20126 米兰，意大利； andrea.giachero@mib.infn.it （AG）; emanuele.palumbo@lnf.infn.it (EP) 10 INFN Milano Bicocca Section, Piazza della Scienza 3, 20126 Milano, 意大利 11 Bicocca Quantum Technologies (BiQuTe) Centre, 20126 Milano, 意大利 12 海德堡大学物理与天文系, 69120 Heidelberg, 德国； felix.henrich@stud.uni-heidelberg.de 13 比萨大学信息工程系，Via G. Caruso 16，56122 比萨，意大利； massimo@mercurio.iet.unipi.it * 通信地址：alessandro.delia@lnf.infn.it
在量子机学习和光子计数的3D腔中的Transmon Qubit表征
1 INFN-国民弗拉斯卡特劳动，00044弗拉什，意大利； sweeping.infn.infn.infn（M.B.）; fabio.chiryland@ifn.it（f.c。）;应用程序@lnph.infn.infn.it（A.S.P.K.）; carlo.infn.infn.infn.it（c.l.）; playon.marfn@lnfn.infn.it（g.m。）; light.infn.infn.infn（l.p.）; supresiumsups.infn.infn.infn（A.R.）; symones.infn.infn.infn（s.t.）; classy.gate@lnfn.infn.infn（c.g.）2个量子，技术行业，阿布扎比P.O.BOOX 9639，UNITD EMIRATES； boulos.alphakes@tii.ae（B.A.）; dulls.alkhazaleih@tii.ae（a.a.）; Singer.car.crun.c（S.C.）; dried.passquare@unimi.it（A.P.）; florent.ravaux@tii.ea（f.r。）3个身体和天文学，企业大学，意大利50019 Shift； leonardo.bank@unifi.it 4 INFN - 赛车区，50019 Shift，Italy 5 TIF，米兰大学研究系物理系，20133年，意大利米拉诺； skull.robeat@can 6 6米兰诺的INFN部门，通过约翰福音16号，20133年，米兰，意大利7，理论物理部，CH-1211遗传学学家，瑞士学家，Switzerists 8 Italy 9 Italy 9 Italy Switzerolokist 9，意大利9号米兰诺（Milano-bycoccas）物理学系，20126年米兰诺，20166年意大利，意大利米兰； swallow.gyfn.infn.in Infundund（A.G.）; emanuele.palumbo@lnfn.in.in.it（e.p。）米兰比科卡（Milan Bicocca）的10个INFN部分，Piazza della scienza 3，20126米兰，意大利米兰11 Bicocca量子技术（Bioste）中心，20126年米兰，意大利米兰，意大利物理和天文学系，海德尔伯格大学，69120 Heidelberg，德国海德尔伯格； felix.henrich@stud.uni-heidelberg.de 13 PISA大学信息工程系，通过G. Caruso 16，56122 Pisa，意大利Pisa； massimo@mercurio.iet.unipi.it *通信：Alessandro.delia@lnf.infn.it
用于量子机器学习和光子计数的 3D 腔中 Transmon 量子比特的表征
1 INFN - 弗拉斯卡蒂国家实验室，00044 弗拉斯卡蒂，罗马，意大利； 2 量子研究中心，技术创新研究所，邮政信箱 9639，阿布扎比，阿拉伯联合酋长国； 3 佛罗伦萨大学物理与天文系 4 INFN 佛罗伦萨分部，I-50019，塞斯托菲奥伦蒂诺，意大利佛罗伦萨 5 米兰大学物理系 TIF 实验室，意大利米兰； 6 INFN 米兰分会，意大利米兰； 7 欧洲核子研究中心，理论物理部，瑞士日内瓦 23 CH-1211； 8 光子学和纳米技术研究所 CNR，00156 罗马，意大利； 9 米兰比可卡大学物理系，I-20126 米兰，意大利 10 INFN Sezione di Milano Bicocca，I-20126 米兰，意大利 11 Bicocca Quantum Technologies (BiQuTe)Centre，I-20126 米兰，意大利 12 海德堡大学物理与天文系，69120 海德堡，德国 13 比萨大学信息工程系，Via G. Caruso 16，56122 比萨，意大利 * 通信地址：alessandro.delia@lnf.infn.it；
使用固定频率 Transmon 量子比特进行模拟量子模拟
我们通过实验评估了具有固定频率和固定相互作用的 transmon 量子比特对于实现自旋系统模拟量子模拟的适用性。我们使用全量子过程断层扫描和更高效的哈密顿量断层扫描在商用量子处理器上测试了实现此目标的一组必要标准。低振幅下的显著单量子比特误差被确定为阻碍在当前可用设备上实现模拟模拟的限制因素。此外，在没有驱动脉冲的情况下，我们还发现了伪动态，我们将其与量子比特和低维环境之间的相干耦合联系起来。通过适度的改进，对丰富的时间相关多体自旋哈密顿量家族进行模拟模拟可能是可能的。
Transmon 探测反铁磁体中磁振子的量子特性
检测磁振子及其量子特性，尤其是在反铁磁 (AFM) 材料中，是实现纳米磁性研究和节能量子技术发展中许多雄心勃勃的进步的重要一步。最近基于超导电路的混合系统的发展为设计利用不同自由度的量子传感器提供了可能性。在这里，我们研究了基于二分 AFM 材料的磁振子-光子-传输子杂化，这导致了二分 AFM 中传输子量子比特和磁振子之间的有效耦合。我们展示了如何通过超导传输子量子比特的 Rabi 频率来表征磁振子模式、它们的手性和量子特性，例如二分 AFM 中的非局域性和双模磁振子纠缠。