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基于电磁感应透明介质的量子纠缠产生
摘要：量子纠缠是保证量子通信绝对安全的重要因素。本文系统研究了基于电磁诱导透明（EIT）效应产生光场间的连续变量纠缠或双模压缩。本文提出了一种新方案，通过在EIT系统中引入双光子失谐来增强相干态光探测场和耦合场之间的纠缠度。与传统方案相比，该方案利用基态弛豫（布居衰减或失相）率来产生纠缠或双模压缩，从而给系统带来更多的过剩涨落或噪声，效率更高。此外，在给定光学深度下，可以在较宽的耦合Rabi频率和双光子失谐范围内实现最大纠缠度，表明该方案稳健且灵活。值得注意的是，虽然 EIT 是微扰极限下的效应，即探测场比耦合场弱得多并被视为微扰，但存在探测场与耦合场强度的最佳比率以实现最大纠缠。我们提出的方案可以推进基于连续变量的量子技术，并可能在利用压缩光的量子通信中得到应用。
![arXiv:1906.10022v2 [quant-ph] 2020 年 4 月 10 日](/simg/g:\will\search\icon\source\d\de3075b762dd34a67ad87e29ec8ec7c1398bb968.webp)
arXiv:1906.10022v2 [quant-ph] 2020 年 4 月 10 日
我们报告了对介观状态下克尔振荡器的驱动耗散动力学的第一原理研究。该状态的特点是具有较大的克尔非线性，这里使用大量约瑟夫森结的非线性动力学电感来实现。结阵列模式的实验测量的非线性共振线形与稳态数值预测存在显著偏差，并且需要时间相关的数值模拟，这表明由于阵列模式之间的巨大交叉克尔效应，系统中存在强烈的测量诱导失相。切换速率的分析和数值计算证实了这一点，因为它显示了慢时间尺度的出现，该尺度比线性衰减速率长得多，并且由双稳态状态下的波动诱导切换时间设定。此外，我们的分析表明，通常的量子激活逃逸处理不足以预测强非线性引起的大频率偏移下的切换速率，因此需要利用全系统 Liouvillian 进行量子处理。根据我们的分析，我们确定了一个通用交叉参数，该参数分别描述了半经典和量子描述的有效性范围。我们的工作表明，强非线性系统中的动态切换效应如何为研究量子到经典的转变提供独特的平台。
减轻实际嘈杂中间体中的现实噪声...
量子误差缓解 (QEM) 对于嘈杂的中型量子 (NISQ) 设备至关重要。虽然大多数传统的 QEM 方案都假设离散门电路，噪声出现在每个门之前或之后，但这些假设不适合描述可能具有强门依赖性和复杂非局部效应的实际噪声，以及模拟量子模拟器等通用计算模型。为了应对这些挑战，我们首先扩展了场景，其中每个计算过程（无论是数字还是模拟）都由连续时间演化描述。对于来自工程汉密尔顿量缺陷或额外噪声算子的噪声，我们表明它可以通过随机 QEM 方法有效抑制。由于我们的方法仅假设精确的单量子位控制，因此它适用于所有数字量子计算机和各种模拟模拟器。同时，可以利用理查森外推法来抑制缓解过程中的错误。当我们在能量松弛和失相噪声下使用各种哈密顿量以及具有额外双量子比特串扰的数字量子电路对我们的方法进行数值测试时，我们发现模拟精度提高了 2 个数量级。我们评估了我们方案的资源成本，并得出结论，使用 NISQ 设备进行精确量子计算是可行的。
双物种里德伯阵列
1. 实验平台 1 2. 中间电路读出 2 3. 里德堡激光器 3 4. 电场控制 6 5. 静电场的消除 6 6. 静电场对 F¨orster 相互作用的影响 7 7. C 6 和 C 3 系数的提取 8 8. F¨orster 物理的里德堡态选择 8 8.1. 里德堡相互作用景观 8 8.2. 数值研究 9 9. SPAM 校正 10 9.1. 将状态准备误差转化为原子损失 10 9.2. 将测量基映射到“亮，亮” 11 9.3. 读出缺陷 11 9.4. 减轻阻塞测量的 SP 误差 12 9.5. 眼图的 SPAM 校正 12 9.6. QND 测量的 SPAM 校正 12 10. 辅助测量的 QND 性 13 11. 主方程模拟 13 误差源 14 11.1. 阻塞强度 14 11.2. 原子态寿命 14 11.3. 原子损失 14 11.4. 里德堡检测 14 11.5. 失相机制 15 11.6. 双量子比特门的误差预算 15 11.7. 地面-里德堡模拟 16 12. 物种内对的集体驱动 17 13. 具有独立 Rabi 频率的同时驱动 17 14. 量子态转移 17
具有全可重构路由器的模块化量子处理器
超导量子比特为大规模容错量子计算提供了一种有前途的方法。然而，平面上的量子比特连接通常仅限于几个相邻的量子比特。实现更长距离和更灵活的连接（鉴于纠错码的最新发展，这尤其有吸引力）通常涉及复杂的多层封装和外部布线，这需要大量资源并且可能造成保真度限制。在这里，我们提出并实现了一种高速片上量子处理器，它支持可重构的全对全耦合，具有较大的开关比。我们在四节点量子处理器中实现了该设计，该处理器采用模块化设计，包括一个与两个单独的量子比特承载基板耦合的布线基板，每个基板包括两个单量子比特节点。我们使用该设备演示所有量子比特对的可重构控制 Z 门，基准平均保真度为 96 . 00% 0 . 08%，最佳保真度为 97 . 14% 0 . 07% ，主要受量子比特失相限制。我们还生成分布在各个模块上的多量子比特纠缠，显示 GHZ-3 和 GHZ-4 状态的保真度分别为 88 . 15% 0 . 24% 和 75 . 18% 0 . 11% 。这种方法有望有效扩展到更大规模的量子电路，并为实现受益于增强的量子比特连接性的量子算法和纠错方案提供了途径。
量子纠错入门
摘要 — 在当前的嘈杂中尺度量子 (NISQ) 量子计算时代，量子比特技术容易出现缺陷，从而导致各种错误，例如门错误、退相干/失相、测量错误、泄漏和串扰。这些错误对在 NISQ 设备中实现无错误计算提出了挑战。针对此问题提出的解决方案是量子纠错 (QEC)，旨在通过三步过程纠正损坏的量子比特状态：(i) 检测：识别错误的存在，(ii) 解码：精确定位受影响量子比特的位置，以及 (iii) 校正：将故障量子比特恢复到其原始状态。QEC 是一个不断扩展的研究领域，涵盖了复杂的概念。在本文中，我们旨在全面回顾量子纠错的历史背景、现状和未来前景，以满足对量子物理及其相关数学概念不太熟悉的计算机科学家的需求。在本研究中，我们 (a) 解释 QEC 的基本原理并探索用于纠正量子比特错误的现有量子纠错码 (QECC)，(b) 探索这些 QECC 在实施和纠错质量方面的实用性，以及 (c) 强调在当前 NISQ 计算机环境下实施 QEC 所面临的挑战。索引术语 — 量子纠错、量子计算、纠错码
自旋压缩的 Gottesman-Kitaev-Preskill 代码用于......
GKP 码在连续变量 (CV) 量子系统的位移相空间梳中编码量子比特，可用于校正各种高权重光子误差。在这里，我们提出了单模 CV GKP 码的原子集合类似物，通过使用量子中心极限定理将 CV 系统的相空间结构拉回到量子自旋系统的紧凑相空间。我们使用分集组合方法计算通道保真度，研究了这些代码在由随机松弛和各向同性弹道失相过程描述的误差通道下的最佳恢复性能。我们发现自旋 GKP 码优于其他自旋系统代码，例如 cat 码或二项式码。我们的基于双轴反扭曲相互作用和 SU(2) 相干态叠加的自旋 GKP 码是有限能量 CV GKP 码的直接自旋类似物，而我们基于单轴扭曲的代码尚未有经过充分研究的 CV 类似物。提出了一种自旋 GKP 码的状态准备方案，该方案使用幺正方法的线性组合，适用于 CV 和自旋 GKP 设置。最后，我们讨论了用于自旋 GKP 编码量子比特的量子计算的容错近似门集，该门集是通过使用量子中心极限定理从 CV GKP 设置转换门而获得的。
![arXiv:2110.15153v1 [quant-ph] 2021 年 10 月 28 日](/simg/g:\will\search\icon\source\b\bdb3533285b3c293b0037f8e5016dac0a3b537ac.webp)
arXiv:2110.15153v1 [quant-ph] 2021 年 10 月 28 日
摘要 量子游动是量子系统中经典随机游动的类似物。在某些类型的图上，量子游动的命中时间比经典随机游动短，这导致基于量子游动的算法具有量子优势。量子游动的一个重要特征是它们伴随着从一个位置到另一个位置的激发转移，并且命中目标位置的时刻以在该位置观察到激发的最大概率幅度为特征。因此，将此类问题视为量子优势展示的候选问题是有前景的，因为门误差会抹去作为时间函数的转移概率的峰值，但仍然保持可区分性。我们研究了量子噪声对典型量子游动问题（即量子比特链上的完美状态转移 (PST)）的命中时间和保真度的影响。我们在量子处理器的典型噪声（同质和非同质泡利噪声、串扰噪声、热弛豫和失相噪声）存在的情况下模拟了单个激发在量子比特链上的动态。我们发现泡利噪声主要抹去了激发传输保真度的峰值，而量子比特之间的串扰主要影响命中时间。了解这些噪声模式使我们能够提出一种错误缓解程序，我们使用该程序来优化在噪声量子处理器模拟器上运行 PST 的结果。
基于半导体量子点的自组装结构中的斜核四极相互作用
动态核极化 (DNP) 在自旋电子学和量子信息处理中被公认为具有重要意义。DNP 可产生高核自旋极化，这不仅可以通过产生 Overhauser 场 (OHF) 来延长电子自旋寿命，而且还为探索核自旋量子比特提供了灵感。在应变量子点结构 (QDS) 中，核自旋通过其四极矩耦合到应变场。研究表明，这种核四极相互作用 (NQI) 可用于实现可观的 DNP 和电子自旋极化。在这里，我们发现了一系列横向排列的 (In,Ga)As QDS 的磁光异常，这些 QDS 是由这些纳米结构中的 NQI 和 DNP 引起的。我们发现对称性降低的 QDS 中 NQI 的主轴明显偏离生长方向，导致 OHF 倾斜超过 37°。针对晶体取向探测了由此产生的 OHF 横向分量，并分析了其对 DNP 和整体自旋失相的影响。我们表明，激子的高对称电子约束势不能保证同一纳米物体内原子核的高对称 NQI，因此需要对电子约束势和核自旋池的对称性进行相关优化。我们的研究结果强调了斜 NQI 在电子自旋退相干和去极化中的作用，而这一作用迄今为止在很大程度上被忽视了。因此，这项工作揭示了设计规则，用于设计 QDS 的电子和自旋景观，从而提高 DNP 在自旋电子学和量子计算中的应用性能。
都灵理工学院机构库
蒙特卡洛 (MC) 方法已用于计算半导体中的半经典电荷传输超过 25 年，是微电子器件模拟最强大的数值工具 [1]。然而，当今的技术将器件尺寸推向了极限，传统的半经典传输理论已不再适用，需要更严格的量子传输理论 [2]。为此，人们提出了各种基于格林函数 [3] 或维格纳函数 [4] 方法的电荷传输量子动力学公式。虽然这种量子力学形式允许严格处理相位相干性，但它们通常通过纯现象学模型描述能量弛豫和失相过程。人们还提出了一种用于分析载流子-声子相互作用下的瞬态传输现象的完整量子力学模拟方案 [5]。然而，由于需要大量计算，其适用性仍然仅限于短时间尺度和极其简单的情况。因此，尽管人们付出了很多努力，尽管在研究这些量子动力学公式方面取得了无可置疑的智力进步，但它们在强散射动力学存在下的实际设备中的应用仍然是一个悬而未决的问题。Datta、Lake 和同事的最新成果似乎很有希望 [6]。然而，他们的稳态格林函数公式不能应用于时间相关的非平衡现象的分析，而这种现象在现代光电器件中起着至关重要的作用。在本文中，我们提出了一种广义 MC 方法来分析量子器件中的热载流子传输和弛豫现象。该方法基于控制单粒子密度矩阵时间演化的动力学方程组的 MC 解；它可以被视为对开放系统的扩展