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半导体量子比特的最新进展
利用固有自旋轨道相互作用的单自旋操控是一种无需人工磁结构即可旋转自旋的技术 [1]，这在半导体传输实验和量子信息技术早期至关重要。在本次演讲中，我们将介绍利用耦合多量子点中出现的自旋翻转隧穿项加速电偶极自旋共振的结果。首先，我们介绍与双量子点中的自旋翻转相关的单自旋隧穿 [2]。接下来，我们将讨论以自旋相干方式利用此效应的测量。通过在充分增加点间隧道耦合后将共振微波频率设置为磁自旋分裂，获得的 Rabi 振荡显示出增强的速度，这取决于微波幅度和点之间的能量失谐。双点中的这种自旋旋转概念扩展到三量子点，我们观察到由于扩展的电荷振荡而导致的更大加速
分子旋转矩矩形的嵌入式量子纠正和受控的相位门
量子计算技术的最新进展已导致嘈杂的中间量子量子计算机（NISQ 1）的实现，其性能出色。2–8但是，NISQ设备只是迈向实现量表的通用量子计算机的一半。这不可避免地需要支撑量子校正（QEC）的逻辑单元，9一个目标，其成就超出原理级别的成就似乎与当前的技术能力相距甚远。的确，基于多量表编码的标准QEC代码会大大增加物理量子和操作的数量，从而使对这种平台的控制非常苛刻。在这里，我们基于利用罪恶的多级对象来编码受错误保护的逻辑量子的基础，采用不同的方法。10
一个低温CMOS芯片，用于生成多个Qubits的控制信号
问题1 - 5。但是，有用的量子计算机将需要大量的高保真量子台和控制界面6 - 14，该界面6 - 14通过经典（通常在室温下）和量子（通常在低温温度下）域之间传递信号（图1a）。与经典处理器不同，量子cir-cuits无法粉丝和扇出数据15、16，因此面临着重要的输入 - 输出瓶颈17。尤其是，量子计算机中的每个量子都由外部电路7、9、18单独控制，这为量子系统19增加了噪声和热量。蛮力的方法来管理这些信号（VIA）每量子的使用单个组件的使用 - 限制了这些系统的缩放潜力16。最近的最新实验说明了这种挑战，该实验需要大约200个宽带电缆，45个笨重的微波循环器和室温电子设备来控制53吨的室温（参考20）。在本文中，我们报告了一种基于芯片的低温含量金属 - 氧化物 - 氧化剂（CMOS）界面系统，该系统可以生成100 mk时多个Qubits的控制脉冲。我们的方法是基于具有超低功率分离并实现量子及其对照电路之间紧密整合的CMO芯片。我们的体系结构不需要控制系统和Qubits在同一基础21上的整体整合，也不需要从室温（或4 K）到每个量子11、13的单个电气连接。相反，我们的体系结构利用芯片到芯片互连22来管理输入 - 输出瓶颈，并有可能与各种基于半导体的Qubit平台相兼容，包括基于Majorana零模式（MZMS）23，Electron Spins 24或Gatemon 24或Gatemon设备25。
纠缠量子比特的贝尔不等式：定量测试......
完整作者列表： Wang, David；密歇根州立大学，化学 Gauthier, Aidan；密歇根州立大学，化学 Siegmund, Ashley；密歇根州立大学，化学 Hunt, Katharine；密歇根州立大学，化学
拓扑马约拉纳量子比特上 CNOT 门的完整实现
拓扑量子计算 (TQC) 是一种量子计算方法，旨在通过利用由非阿贝尔任意子组成的非局部自由度的拓扑属性来最小化硬件层面的退相干 [1-3]。后者是奇异的准粒子激发，具有非平凡的交换统计数据，用辫子群的多维表示来描述。非阿贝尔任意子集合嵌入在退化基态流形中，这允许非局部存储量子信息并通过编织实现幺正变换来处理它。在所有非阿贝尔任意子中，马约拉纳零能量模式 (MZM) 是最有希望用于 TQC 开发的模式 [4-8]，因为它们是凝聚态系统中最可行的模式。过去十年，开创性的实验确实在多个不同平台上为它们的存在提供了强有力的证据，如近邻半导体纳米线[9-12]、磁性吸附原子链[13，14]、拓扑超导体内的涡旋[15，16]、平面约瑟夫森结[17，18]和近邻量子自旋霍尔边缘[19，20]。基于马约拉纳量子计算机的构建块是马约拉纳量子比特，由四个马约拉纳零点模型组成。通过物理编织这些马约拉纳零点模型，可以实现所有单量子比特 Clifford 门 [21-23]。这些门受到拓扑保护，因为它们的结果完全取决于 2+1 维空间中任意子绝热遵循的轨迹的拓扑。重要的是，一对 MZM 的编织可以通过多种方式实现，这些方式都等同于两个非阿贝尔任意子的物理交换 [ 24 – 30 ] 。事实上，通过考虑额外的 (混合的) 辅助马约拉纳粒子的存在，我们可以通过适当调整不同 MZM 之间的成对耦合 [ 31 , 32 ] 或通过执行顺序射影宇称测量 [ 8 , 33 – 38 ] 来进行编织。非 Clifford 操作（如 T 门）无法通过马约拉纳编织实现，并且必然依赖于没有拓扑保护的实现，并且需要额外的纠错方案（如魔法态蒸馏）[ 23 , 39 ] 。为了实现通用量子计算，单量子比特门必须补充纠缠门，如 CNOT 门。遗憾的是，这种两量子比特 Clifford 门无法在可扩展架构中仅通过马约拉纳编织操作实现 [22, 40]。基于测量的方法使我们能够克服这个问题，通过对（联合）马约拉纳奇偶性进行高保真投影测量来实现 CNOT 门 [8, 35, 41 – 44]。然而，尽管基于测量的 TQC 已被证明对未来开发完全可扩展的拓扑量子计算机非常有价值，但所需的测量协议仍然是一项艰巨的挑战 [35,45,46]。因此，目前，最好设计和描述替代方案，这些方案不依赖于高保真测量，但仍允许稳健地纠缠不同的拓扑量子位。在这项工作中，我们提出了一种基于完整方法的 CNOT 门的无测量实现。完整量子计算的关键思想是利用非阿贝尔几何相在底层哈密顿量的退化特征空间上实现幺正运算 [47]。当系统参数沿着参数空间中保持退化的闭环进行调整时，就会出现这些规范不变相。这种方法相当通用，已经在非拓扑量子计算方案中成功运用 [47-49]。因此，在 TQC 中使用完整技术也很有意义。事实上，马约拉纳粒子的编织过程本身可以解释为一个完整的过程，其中系统遵循成对马约拉纳粒子耦合的三维参数空间中特定的、拓扑保护的环路 [8, 31]。完整的编织描述的优点是它可以很容易地推广，既可以通过考虑具有不同拓扑结构的环路来实现，也可以通过考虑具有不同拓扑结构的环路来实现。
相干的超导量子矩形量子量
Josephson隧道连接是几乎所有超导电子电路（包括Qubits）的核心。典型地，使用阴影蒸发技术制造了量子位的连接处，以减少超导纤维界面的介电损耗贡献。近年来，亚微米量表重叠连接开始引起人们的注意。与阴影蒙版技术相比，不需要角度依赖性沉积，也不需要独立的桥梁或重叠，这对于晶圆尺度处理而言是显着的局限性。这是以在制造过程中打破真空的成本，但简化了在多层电路中的集成，实现截然不同的连接尺寸，并可以在工业标准的过程中更大规模地制造。在这项工作中，我们证明了减法过程用于制造重叠连接的可行性。在一系列测试接触中，我们发现6个月内平均正常状态阻力的低老化仅为1.6％。我们通过将它们用于超导式的transmon量子位来评估连贯性。在时间域实验中，我们发现，最好的设备的量子寿命和相干时间平均大于20µs。最后，我们讨论了我们技术的潜在改进。这项工作铺平了迈向更标准化的过程，并具有材料和生长过程，这是大规模制造超导量子电路的重要步骤。
查看/开放 - refubium -FreieUniversität柏林
i ˆγi。基本要求是，涉及量子点电荷以及感兴趣的主要产物（保守的量子点）的局部奇偶校验ˆπ，并且合并平等的两个特征空间ˆπ产生了可区分的测量信号。我们发现量子读数可能必须依靠测量量子点接触电流的噪声相关性。平均电流仅针对细胞的参数或在存在松弛过程的情况下瞬时编码Qubit读数。我们还讨论了相应的测量时间和分解时间，并考虑了对测量方案有害的残留主要杂交杂交等过程。最后，我们强调的是，基本机制（我们称为对称性保护的读数）是相当一般的，对Majorana和非Majorana系统具有进一步的影响。
使用电信 C 波段中的量子点进行千兆赫时钟时间箱量子比特的隐形传态
隐形传态是量子力学的一个基本概念，其重要应用在于通过量子中继节点扩展量子通信信道的范围。为了与现实世界的技术（如通过光纤网络进行安全量子密钥分发）兼容，这样的中继节点理想情况下应以千兆赫时钟速率运行，并接受 1550 nm 左右低损耗电信频段中的时间箱编码量子比特。本文表明，InAs-InP 液滴外延量子点的亚泊松发射波长接近 1550 nm，非常适合实现该技术。为了以千兆赫时钟速率创建必要的按需光子发射，我们开发了一种灵活的脉冲光激发方案，并证明快速驱动条件与低多光子发射率兼容。我们进一步表明，即使在这些驱动条件下，从双激子级联获得的光子对也显示出接近 90% 的纠缠保真度，与连续波激发下获得的数值相当。使用非对称马赫-曾德尔干涉仪和我们的光子源，我们最终构建了一个时间箱量子比特量子中继，能够接收和发送时间箱编码的光子，并展示出 0.82 ± 0.01 的平均隐形传态保真度，超过经典极限十个标准差以上。
量子计算霸权需要多少个量子比特？
量子计算霸权论证描述了量子计算机执行传统计算机无法完成的任务的方式，通常需要某种与传统计算的局限性相关的计算假设。一个常见的假设是多项式层次结构（PH）不会崩溃，这是 P ̸ = NP 命题的更强版本，这导致的结论是，对某些量子电路系列的任何经典模拟所需的时间缩放都比电路大小的任何多项式更差。然而，这个结论的渐近性质使我们无法计算这些量子电路必须具有多少个量子比特，才能使它们的经典模拟在现代经典超级计算机上无法解决。我们改进这些量子计算霸权论证，并通过施加非崩溃猜想的细粒度版本来执行此类计算。我们的前两个猜想 poly3-NSETH( a ) 和 per-int-NSETH( b ) 采用了特定的经典计数问题，这些问题与 F2 上的 n 元 3 次多项式的零点数量或 n × n 整数值矩阵的永久项有关，并断言解决这些问题的任何非确定性算法都需要 2cn 个时间步长，其中 c ∈{a,b}。第三个猜想 poly3-ave-SBSETH( a ′ ) 断言了类似的命题，即平均情况算法存在于复杂度类 SBP 的指数时间版本中。我们分析了这些猜想的证据，并论证了当 a = 1/2、b = 0.999 和 a ′ = 1/2 时它们是合理的。
马约拉纳量子比特的一维纠错码
实现量子计算的主要障碍 [1] 是处理量子误差。从环境中分离出一点量子信息已经够具挑战性的了；然而，为了实现一台有用的量子计算机，必须维持数千个纠缠量子比特的相干性。拓扑量子比特的用途在于它们内置了容错能力，这是由于任意子和边界模式之间的空间分离 [2]。马约拉纳零模式 [3-5] 是 p 波超导纳米线的端模式，是拓扑量子计算中最有前途的方向之一 [4,6-14]。这些马约拉纳端模式可以非局部地存储信息，并且可以编织起来执行受拓扑保护的逻辑门 [15-22]。尽管拓扑量子比特具有一定程度的防错能力，但它们仍然需要纠错才能完全实现为计算量子比特。完美的马约拉纳量子比特将具有无限长，并保持在零温度下。非零温度会导致有限的准粒子密度，从而导致量子比特出现错误。存在诸如环面码 [ 2 ]、表面码 [ 23 – 26 ] 和颜色码 [ 27 – 29 ] 之类的纠错码，它们可以在马约拉纳量子比特上实现 [ 30 – 37 ] 或平面码 [ 38 , 39 ] 等其他方案。然而，这些纠错方案需要大量开销，需要大量冗余量子比特来捕获和纠正错误。正如 Kitaev 指出的那样 [ 2 ]，物质的任何拓扑相都可以识别为纠错码。在这一脉络中，我们要问，由马约拉纳纳米线链构建的一维 (1D) 费米子拓扑相 [40, 41] 是否可以与“费米子宇称保护的纠错码”联系起来。只要费米子宇称守恒，这样的链就可以防止量子误差，而且只需要一行物理量子比特，而不是一个表面。在本文中，我们展示了如何使用马约拉纳纳米线链来显著提高量子比特的寿命，因为马约拉纳量子比特中存在不同错误类型的层次结构。由于观察到的密度出乎意料的高