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SQuADDS：用于超导量子比特设计的经过验证的设计数据库和模拟工作流程
我们提供了一个超导量子设备设计的开源数据库，可用作定制设备的起点。每个设计都可以使用开源 Qiskit Metal 包以编程方式生成，并使用有限元电磁求解器进行模拟。我们提出了一种强大的工作流程，可在设计模拟中实现高精度。数据库中的许多设计都经过实验验证，显示出模拟参数和测量参数之间的高度一致性。我们的数据库包括一个前端界面，允许用户根据所需的电路参数生成“最佳猜测”设计。该项目为寻求制造新一类设备的研究小组提供了一个特性明确的起点，以便他们改进设计，从而降低了他们的进入门槛。超导量子比特是一个领先的量子信息技术平台。可扩展量子比特制造需要精确控制最常用于预测设备行为的哈密顿参数，例如量子比特非谐性和量子比特谐振器耦合。这反过来又需要精确定位经典电路参数（电感和电容）。这些很难解决，因为通常没有好的分析公式（甚至是近似公式）来根据设计几何预测电路参数。相反，研究人员必须根据其设计的独特边界条件对麦克斯韦方程进行数值求解。电磁场的有限元模拟可以提供相当准确的预测
具有高输出摆幅的传感点，用于自旋量子位的可扩展基带读出
量子计算（特别是可扩展量子计算和纠错）的一个关键要求是快速且高保真度的量子比特读出。对于基于半导体的量子比特，局部低功率信号放大的一个限制因素是电荷传感器的输出摆幅。我们展示了 GaAs 和 Si 非对称传感点 (ASD)，它们专门设计用于提供比传统电荷传感点大得多的响应。我们的 ASD 设计具有与传感器点强烈分离的漏极储液器，这减轻了传统传感器中的负反馈效应。这导致输出摆幅增强 3 mV，这比我们设备传统状态下的响应高出 10 倍以上。增强的输出信号为在量子比特附近使用超低功率读出放大器铺平了道路。
具有超导量子比特的量子引擎
Optics Express 29, 14151 (2021)。Nature Communications 11, 1183 (2020)。Physical review letters 119, 180505 (2017)。New Journal of Physics 18, 103036 (2016)。
通过单量子比特解缠学习量子相位
识别物质的相位具有相当大的挑战性，特别是在量子理论领域，因为基态的复杂性似乎随着系统规模的增大而呈指数增长。量子多体系统表现出一系列跨越不同相位的复杂纠缠结构。尽管已经有大量研究探索了量子相变和量子纠缠之间的关系，但在它们之间建立直接、实用的联系仍然是一个关键挑战。在这项工作中，我们提出了一种新颖、高效的量子相变分类器，利用强化学习优化的变分量子电路进行解纠缠。我们证明了该方法对横向场伊辛模型 (TFIM) 和 XXZ 模型中量子相变的有效性。此外，我们观察到该算法能够学习与 TFIM 中的纠缠结构有关的 Kramers-Wannier 对偶。我们的方法不仅可以根据解缠结电路的性能识别相变，而且还具有出色的可扩展性，有助于将其应用于更大、更复杂的量子系统。这项研究揭示了通过量子多体系统中固有的纠缠结构来表征量子相。
使用费米子到量子比特编码的线性光学量子电路模拟
量子模拟模仿一个量子系统与另一个人工组织的量子系统（即量子模拟器）的演化[1]。具有量子比特的数字量子模拟器可以对由各种粒子（如自旋、费米子和玻色子）组成的任意量子系统进行精确或近似编码，具体取决于粒子的性质。量子比特可以通过多种物理系统实现，如捕获离子[2,3]、核磁共振（NMR）[4,5]、超导电路[6,7]、量子点[8]和光子[9]。因此，无论模拟器的物理性质如何，我们都可以使用适当的量子比特编码协议用数字量子模拟器模拟任何量子系统。在各种多粒子量子系统中，玻色子系统被认为从数字量子模拟中受益匪浅。 Knill、Laflamme 和 Milburn (KLM) 证明后选择线性光学能够进行通用量子计算 [10]。此外，Aaronson 和 Arkhipov [11] 提出的玻色子采样也是证明量子器件计算优越性的有力候选者。玻色子采样问题被认为属于经典的难采样问题。受非相互作用玻色子系统计算能力的启发，提出了几种玻色子到量子比特编码 (B2QE) 协议，以使用数字量子计算机模拟玻色子问题 [12-18]。大多数研究直接使用 Fock 态的一元或二元量子比特表示作为量子比特编码协议，将玻色子产生和湮灭算子离散化。参考文献 [15] 提出了一种用于线性和非线性光学元件的数字量子模拟方法。参考文献[ 17 ] 基于文献 [ 19 ] 开发的玻色子-量子比特映射，使用 IBM Quantum 模拟了束分裂和压缩算子。所需资源（例如量子比特和门的数量）因编码协议而异。文献 [ 18 ] 比较了不同编码协议之间的资源效率。在本文中，我们结合 Shchesnovich [ 20 ] 分析的玻色子-费米子对应关系和费米子到量子比特编码 (F2QE) 协议 [ 21 , 22 ]，提出了一种替代的多玻色子数字模拟方法。具体而言，我们的协议将玻色子态转换为具有内部自由度的费米子态，然后通过 F2QE 协议（Jordan-Wigner (JW) 变换）将其转换为量子比特态。在我们的模拟模型中，具有 M 个 N 量子比特束的量子电路可以模拟 M 模式下 N 个玻色子的数量守恒散射过程。我们的协议总结如图 1 所示。我们的协议最显著的优势是，它可以使用量子比特数的直接扩展来有效地模拟非理想的部分可区分玻色子，即具有内部自由度的玻色子。作为概念证明，我们使用我们的协议生成了 Hong-Ou-Mandel (HOM) 倾角 [ 23 ]。HOM 效应在光量子系统中非常重要，它为线性光量子计算系统中的逻辑门提供基本资源。参考文献 [ 24 ] 讨论了 HOM 效应与基于量子比特的 SWAP 测试之间的正式联系。为了模拟 HOM 倾角，我们需要一种方法来为光子添加内部自由度。在我们的例子中，通过将量子比特数增加两倍就可以轻松实现，这表明我们的协议适合模拟部分可区分的玻色子。我们使用 IBM Quantum 和 IonQ 云服务验证了电路的有效性。本文结构如下：第 2 部分介绍我们的数字玻色子模拟协议。在回顾了玻色子-费米子变换协议之后，我们展示了如何将此变换与 JW 变换相结合进行数字玻色子模拟。在第 3 部分中，我们将模型应用于 HOM 倾角实验。我们用一个八量子比特电路模拟双光子部分区分性。最后，第 4 部分总结我们目前的工作并讨论其未来可能的扩展。
Qubit波动的物理信息跟踪
1 Quantum设备中心，Niels Bohr Institute，哥本哈根大学，2100哥本哈根，丹麦2号哥本哈根2洛伦兹研究所和莱顿高级计算机科学研究所，莱顿大学，P.O。Box 9506，2300 Ra Leiden，荷兰3量子旋转中心，物理系，挪威科学与技术大学，NO-7491 Trondheim，挪威4 Qdevil，Qudevil，Qudevil，Quantum Machines，Quantum Machines，2750 Ballerup，Ballerup，Ballerup，Ballerup，丹麦5号工程学系，牛津大学，牛津大学，牛津大学，牛津大学，国王6 3pj and osteric of Actire of Actire of Burd of Accient and Intercoment of Thressicatik印第安纳州拉斐特47907，美国7 Birck纳米技术中心，普渡大学，西拉斐特，印第安纳州47907，美国8 Elmore电气和计算机工程学院，Purdue University，Purdue University，West Lafayette，Indiana 47907Box 9506，2300 Ra Leiden，荷兰3量子旋转中心，物理系，挪威科学与技术大学，NO-7491 Trondheim，挪威4 Qdevil，Qudevil，Qudevil，Quantum Machines，Quantum Machines，2750 Ballerup，Ballerup，Ballerup，Ballerup，丹麦5号工程学系，牛津大学，牛津大学，牛津大学，牛津大学，国王6 3pj and osteric of Actire of Actire of Burd of Accient and Intercoment of Thressicatik印第安纳州拉斐特47907，美国7 Birck纳米技术中心，普渡大学，西拉斐特，印第安纳州47907，美国8 Elmore电气和计算机工程学院，Purdue University，Purdue University，West Lafayette，Indiana 47907
相位噪声对超导量子比特控制的影响 - Mercurio
其中 f ( t ) 是包络，ν 是载波频率，φ 是相位。驱动脉冲用于对量子位执行逻辑运算，其持续时间、幅度和相位决定了所执行的运算类型。在本文中，我们重点研究受相位噪声影响的 N π − 脉冲的生成，以实现 N NOT 非理想门。这里使用持续时间为 50 ns、幅度约为 0.5 au、载波频率为 6 GHz 的矩形脉冲。π − 脉冲强制绕布洛赫球的特定轴（在我们的例子中是 X 轴）旋转 180 度，从而导致量子位的状态反转，见图 1（a）。如果 π − 脉冲受到相位噪声的影响，并且量子位在基本状态 | 0 ⟩ 初始化，则最终状态将不是 | 1 ⟩ ，但由于绕 X、Y 和 Z 轴的不必要的旋转，状态有所不同，见图 1(b)。相位噪声已直接应用于脉冲包络分量，这相当于将其应用于载波相位。
强化学习脉冲的Transmon Qubit纠缠大门
摘要量子计算机的效用高度取决于可靠执行准确的量子逻辑操作的能力。为了找到最佳的控制解决方案，探索无模型方法的质量不受量子处理器的理论模型的有限准确性的限制，这是特别感兴趣的，与许多既定的门实现策略相反。在这项工作中，我们利用一种连续的控制加强学习算法来设计纠缠两倍的门，用于超导量子。具体而言，我们的代理构建了交叉谐振和CNOT门，而没有任何有关物理系统的任何事先信息。使用固定频率固定耦合式旋转矩的模拟环境，我们证明了产生新型脉冲序列的能力，以胜过标准的交叉谐振门，同时保持了对随机单位噪声的可比敏感性。我们进一步展示了培训和输入信息中的增强，使我们的代理商可以使其脉冲设计能力调整以漂移硬件特性，但很少有几乎没有其他优化。我们的结果清楚地表现出了基于Transmon Gate Design的基于自适应反馈学习的优化方法的优势。
7.4 容错计算 7.4.1 窃密代码或7量子比特……
到目前为止，我们已经介绍了规范化器 { ˆ XL , ˆ ZL , ˆ HL , ˆ SL , CNOT L } 的情况，即所谓的 Cli↵ord 群。值得注意的是，Gottesman-Knill 定理表明，仅使用该群元素执行的操作可以用经典方式模拟。因此，人们无法在量子上超越经典计算机。此外，Cli↵ord 群不是通用的，这意味着该群元素的组合不足以实现任意门。这本质上是 Solovay-Kitaev 定理的论证。需要扩展 Cli↵ord 群，添加至少一个不属于该群的额外门。这可以是 T 门或 To↵oli 门。
猫量子比特的量子控制，比特翻转时间超过十秒
量子比特 (qubits) 由于与环境的交互不受控制，容易出现多种类型的错误。纠正这些错误的常用策略是基于涉及惊人硬件开销的量子比特架构 1 。一种可能的解决方案是构建本质上可以防止某些类型错误的量子比特，这样可以大大减少纠正其余错误所需的开销 2–7 。然而，这种策略依赖于一个条件：对量子比特的任何量子操作都不能破坏精心设计的保护 5,8 。一种称为猫量子比特的量子比特被编码在量子动力系统的亚稳态流形中，从而获得持续、自主的防位翻转保护。在这里，在超导电路实验中，我们实现了一个猫量子比特，其位翻转时间超过 10 秒。这比之前发布的猫量子比特实现提高了四个数量级。我们制备并成像了量子叠加态，并测量了大于 490 纳秒的相位翻转时间。最重要的是，我们在不破坏位翻转保护的情况下控制了这些量子叠加的相位。该实验以前所未有的水平展示了量子控制和固有位翻转保护的兼容性，展示了这些动态量子比特在未来量子技术中的可行性。