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马约拉纳量子比特和奇偶校验之间的交换门......
高保真量子信息处理需要快速门和长寿命量子存储器的结合。在这项工作中，我们提出了一种混合架构，其中奇偶校验保护的超导量子比特直接耦合到马约拉纳量子比特，后者充当量子存储器的角色。超导量子比特基于 π 周期性约瑟夫森结，该结由栅极可调的半导体导线实现，其中单个库珀对的隧穿受到抑制。其中一根导线还包含四个定义量子比特的马约拉纳零模式。我们证明这可以实现 SWAP 门，从而允许在拓扑和常规量子比特之间传递量子信息。该架构将可以用超导量子比特实现的快速门与拓扑保护的马约拉纳存储器相结合。
用于超导量子比特控制和读出的可扩展低温电子学
读出量子位，如图 1a 所示。图 1b-d 表示量子计算机从传统方法演变为可扩展架构。量子位是量子计算机中的基本计算块，由于其叠加和纠缠特性，可实现指数级更快的计算。量子位是一个两级系统，可以处于量子态 j ψ i ，可以表示为其两个计算基态 j 0 i 和 j 1 i 的叠加。这两个状态占据不同的层次，与经典数字逻辑零和一完全类似。量子位的状态有一个独特的注释，即布洛赫球面单位球表面上的一个点。如图 1e 所示，布洛赫球的北极和南极分别代表 j 0 i 和 j 1 i 状态，而布洛赫球表面的所有其他点则对应于不同的叠加态 j ψ i = α j 0 i + β j 1 i 。量子叠加态的振幅与平均占空比信号的经典模拟之间可以进行类比。两个电压电平 VDD 和 GND 在进行占空比和平均后，提供 VDD 和 GND 之间的所有电平，S avg = α VDD + β GND，如图 1f 所示。此外，在读出量子态时，输出要么处于 j 0 i 状态，要么处于 j 1 i 状态。同样，在读出经典模拟中的占空比平均信号时，输出要么为 VDD 要么为 GND。
用量子函数配置表征量子电路
摘要：我们提出了一种用量子功能配置来表征量子电路的理论。任何量子电路都可以分解为1 Quit统一门和CNOT大门的交替序列。每个CNOT序列都将当前量子状态准备成量子函数配置层，以指定下一个有关如何共同修改状态向量条目的下一个1 Qubit单位序列的规则。量子电路上的所有功能配置层都定义了其类型，该类型可能包括许多其他共享相同配置层的电路。研究功能配置类型使我们能够集体表征许多量子电路的属性和行为。我们演示了该理论在变化量子算法的硬件有效的Ansatzes中的应用。对于潜在应用，功能配置理论可以根据其功能配置类型的量子算法进行系统的理解和开发。
测量量子计算机上的相关量子比特误差
缺乏纠错能力是阻碍科学家开发全尺寸量子计算机的障碍之一。纠正相关错误需要庞大而复杂的纠错方案，这些方案难以实施且成本高昂。在我的实验中，我研究了真实 IBM 量子计算机上量子计算中相关错误的普遍性，以提高对纠错的理解。我假设量子位在相邻时会出现相关错误，但在非相邻时不会出现相关错误。
用于光子量子的长寿命高效量子比特存储器...
2. 原子-腔光物质界面 5 2.1. 动机和结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...非相干过程 . ...产生的复杂光子模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.6.1. 弱相干脉冲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 47
使用同时吸收栅极吸收的最佳量子映射
摘要 - 在实现量子误差校正（QEC）之后，Quantum计算机专注于嘈杂的中间尺度量子（NISQ）应用。与需要QEC的众所周知的量子算法（例如Shor's或Grover的算法）相比，NISQ应用具有不同的结构和属性，可以利用编译。编译的关键步骤是将程序中的Qubits映射到给定量子计算机上的物理Qubit，这已被证明是一个难题。在本文中，我们提出了OLSQ-GA，这是一种最佳的量子映射器，具有同时交换闸门吸收期间的关键特征，我们表明这是NISQ应用程序非常有效的优化技术。与其他最先进的方法相比，量子近似优化算法（QAOA）是一个重要的NISQ应用，OLSQ-GA可将深度降低高达50.0％，将深度降低100％，这转化为55.9％的法律改善。OLSQ-GA的溶液最优性是通过精确的SMT公式实现的。为了获得更好的可伸缩性，我们以初始映射或交替匹配的形式增强了方法，从而使OLSQ-GA加快了272倍的速度，而没有最佳损失。
QuCloud+：用于单/双量子比特的整体量子比特映射方案...
对于NISQ超导量子计算机来说，量子比特映射对于保真度和资源利用率至关重要。现有的量子比特映射方案面临诸如串扰、SWAP开销、设备拓扑多样等挑战，导致量子比特资源利用不足和计算结果保真度较低。本文介绍了一种解决这些挑战的新型量子比特映射方案QuCloud+。QuCloud+有几项新的设计。（1）QuCloud+支持2D/3D拓扑量子芯片上的单/多程序量子计算。（2）QuCloud+利用串扰感知社区检测技术对并发量子程序的物理量子比特进行分区，并进一步根据量子比特度数分配量子比特，提高保真度和资源利用率。（3）QuCloud+包含X-SWAP机制，可避免串扰误差较大的SWAP，并支持程序间SWAP以降低SWAP开销。 (4) QuCloud+根据最佳实践的保真度估计来调度要映射和执行的并发量子程序。实验结果表明，与现有的典型多道程序研究[12]相比，QuCloud+可实现高达9.03%的保真度提升，并节省映射过程中所需的SWAP，减少插入的CNOT门数量40.92%。与最近的一项研究[30]相比，该研究通过映射后门优化进一步减少门数量，在使用相似门数量的情况下，QuCloud+将映射后的电路深度减少了21.91%。
超导量子比特的非厄米动力学中的量子跳跃
耗散在自然界中普遍存在；例如原子核的放射性衰变和吸收介质中的波传播，耗散是这些系统与不同环境自由度耦合的结果。这些耗散系统可以用有效非厄米汉密尔顿量进行现象学描述，其中引入非厄米项来解释耗散。非厄米性导致复杂的能谱，其虚部量化系统中粒子或能量的损失。非厄米汉密尔顿量的简并性称为异常点 (EP)，其中特征值和相关的特征态合并 [1,2]。许多经典系统 [3-11] 已证明有效哈密顿的存在，并应用于激光模式管理 [12-14]、增强传感 [15-20] 和拓扑模式传输 [21-24]。尽管有效哈密顿方法是几十年前作为量子测量理论的一部分发展起来的，但最近对单电子自旋 [25,26]、超导量子比特 [27] 和光子 [28-30] 的实验扩大了人们对非厄米动力学中独特量子效应的兴趣。已经采用两种方法来研究量子区域内的非厄米动力学。第一种方法是通过将非厄米哈密顿量嵌入到更大的厄米系统中 [25,26,30]，通过称为哈密顿膨胀的过程来模拟这些动力学。第二种方法是将非厄米动力学直接从耗散量子系统中分离出来 [27] 。为了理解这种方法，回想一下耗散量子系统通常用包含两个耗散项的林德布拉德主方程来描述：第一个项描述系统能量本征态之间的量子跳跃，第二个项产生相干非幺正演化 [31 – 33] 。通过抑制前一个项，得到的演化是
模块化双量子比特系统中的光谱可寻址性
摘要：合成化学将结构精确性与可重复性相结合，非常适合创建化学量子比特。化学量子比特是量子信息科学 (QIS) 系统的核心单元。通过利用合成化学固有的原子控制，我们解决了一个基本问题，即两个量子比特之间的自旋-自旋距离如何影响电子自旋相干性。为了实现这一目标，我们设计了一系列具有两个光谱不同的量子比特的分子，一个是前过渡金属 Ti 3+ ，一个是后过渡金属 Cu 2+，两种金属之间的分离不断增加。至关重要的是，我们还合成了单金属同类物作为对照。两种金属之间的光谱分离使我们能够在双金属物种中单独探测每种金属，并将其与单金属对照样品进行比较。在 1.2 – 2.5 纳米的范围内，我们发现电子自旋对相干时间的影响可以忽略不计，我们将这一发现归因于不同的共振频率。相反，相干时间由与另一个量子比特配体框架上的核自旋的距离决定。这一发现为光谱可寻址分子量子比特的设计提供了指导。
量子位谐振器引起的光学断层扫描动力学......
考虑一个通过双光子相互作用耦合的量子比特和谐振器的超导电路。当谐振器最初处于相干态叠加时，在固有退相干的背景下检查光学断层扫描和量子相干动力学。结果表明，光学断层扫描是量子比特-谐振器相互作用产生的量子相干性的良好量化器。研究了量子比特-谐振器失谐和固有退相干对相干甚至相干态的光学断层扫描分布动力学的影响。光学断层扫描分布的动力学高度依赖于失谐和固有退相干。我们的数值模拟表明，光学断层扫描与产生的量子相干之间存在关系。当量子比特-谐振器失谐和固有退相干增强时，光学断层扫描的幅度和强度以及结构会发生很大变化。