我们对一种基于 cat 码与外部量子纠错码连接的容错量子计算机进行了全面的架构分析。对于物理硬件,我们提出了一种耦合到二维布局的超导电路的声学谐振器系统。使用硬件的估计物理参数,我们对测量和门(包括 CNOT 和 Toffili 门)进行了详细的错误分析。在建立了一个真实的噪声模型后,我们用数字模拟了当外部代码是重复码或薄矩形表面码时的量子纠错。我们迈向通用容错量子计算的下一步是容错 Toffili 魔法状态准备协议,该协议以非常低的量子比特成本显著提高了物理 Toffili 门的保真度。为了实现更低的开销,我们为 Toffili 状态设计了一种新的魔法状态蒸馏协议。结合这些结果,我们获得了运行有用的容错量子算法所需的物理错误率和开销的实际全资源估计。我们发现,使用大约 1000 个超导电路元件,就可以构建一台容错量子计算机,该计算机可以运行目前传统计算机无法处理的电路。反过来,具有 18,000 个超导电路元件的硬件可以在传统计算无法企及的范围内模拟哈伯德模型。
从历史上看,大部分机器学习研究都集中在算法的性能上,但最近更多的关注集中在优化关节的人类算法性能上。在这里,我们分析了一种特定类型的人类算法协作,其中该算法可以访问一组n个项目,并向人类提供了一个大小K的子集,该大小K从这些K中选择了最终项目。此情况可以建模内容建议,路由计划或任何类型的标签任务。由于人类和算法都没有关于项目真实排序的嘈杂信息,所以关键问题是:k的哪个值最大化最终会选择最佳项目的概率?对于k = 1,单独作用的算法优化了性能,对于k = n,它是由人类单独作用优化的。令人惊讶的是,我们表明,对于多个噪声模型,设置k∈[2,n -1]是最佳的 - 也就是说,即使人类和算法分别具有同等的精度,协作也有严格的好处。我们在理论上为木棍模型和实验性的噪声置换模型进行了实验证明这一点。但是,当人类锚定在算法的订购订单上时,我们表明这种模式被逆转 - 关节系统始终严格的性能较差。我们将这些结果扩展到人类和算法的准确性水平有所不同的情况下,表明始终存在更准确的代理人从与较不准确的机构合作中严格受益,但这些制度在人类与算法的准确性之间是不对称的。
MR图像的质量控制(QC)对于确保可以成功执行诸如分割之类的下游分析至关重要。目前,QC主要在视觉和主观上以显着的时间和运营商的成本进行。我们旨在使用概率网络自动化该过程,该网络通过异质噪声模型估算分割不确定性,从而提供了任务特定质量的度量。通过使用K空间人工制品来增强训练图像,我们提出了一种新颖的CNN体系结构,以解脱与任务和不同K-Space伪像的不确定性来源,以一种自欺欺人的方式。这可以预测不同类型的数据降解类型的单独不确定性。虽然不确定性预测反映了人工制品的存在和严重性,但由于数据质量,该网络提供了更强大,更可靠的分割预测。我们表明,接受过人工制品培训的模型在模拟的人工制品和有问题的现实世界图像上都提供了不确定性的信息,这是由人类比例确定的,无论是在定性和定量上都以误差栏的形式在体积测量中的形式进行。将伪像的不确定性与细分骰子分数相关联,我们观察到,与常用的质量(包括信噪比(SNR)(SNR)和对比度比率(CNR)相比,从任务的角度(灰质分段),我们的不确定性预测从任务的角度(灰质分段)提供了更好的MRI质量估计,并提供了质量质量的质量质量质量质量质量。
抽象的智能手机接收器包括大约15亿个全球赛车卫星系统接收器。智能手机接收器的信号水平较低,噪音较低,而噪声则比Commer CIAL接收器更高。由于对尺寸,重量,功耗和成本的限制,与这些接收器进行准确的定位尤其是在城市环境中,这是一项挑战。传统上,全球定位系统测量方法是通过基于模型的方法(例如加权最小二乘和卡尔曼过滤方法)处理的。基于模型的方法可以以后处理方式提供仪表级的定位精度,但这些方法需要对相应的噪声模型进行牢固的假设,并且需要对参数(例如协方差)进行手动调整。相比之下,已经提出了基于学习的方法,这些方法对数据结构做出了更少的假设,并且可以准确地对环境特定的错误进行建模。但是,这些方法比基于模型的方法提供了较低的精度,并且对初始化敏感。在本文中,我们提出了一个用于学习校正的混合框架,该框架对应于真实接收器姿势和估计位置之间的偏移。对于基于学习的方法,我们提出了一个图形卷积神经网络(GCNN),该神经网络可以学习具有多构造和多频信号的不同图形结构。为了更好地对GCNN进行初始化,我们使用Kalman滤波器来估计一个粗糙的接收器位置。然后,我们使用此粗糙接收器位置来调节输入特征到图。我们从Google智能手机分解挑战中测试了对现实世界数据集的建议方法,并比基于模型的方法(例如加权最小二乘和卡尔曼过滤器方法)显示出改进的定位性能。
最近提出了一种容错方法来准备 Q 1 码的逻辑码态,即编码一个量子比特的量子极性码。其中的容错性由错误检测装置保证,如果在准备过程中检测到错误,则完全丢弃准备。由于错误检测,准备是概率性的,其成功率(称为准备率)随代码长度的增加而迅速下降,从而阻止了大代码长度的代码状态的准备。在本文中,为了提高准备率,我们考虑工厂准备 Q 1 码态,其中尝试并行准备多个 Q 1 码态副本。使用额外的调度步骤,我们可以避免每次检测到错误时完全丢弃准备,从而反过来提高准备率。我们进一步提供了一种理论方法来估计使用工厂准备准备的 Q 1 码的准备和逻辑错误率,该方法被证明与基于蒙特卡洛模拟的数值结果紧密相关。因此,我们的理论方法可用于为大代码长度提供估计,而蒙特卡罗模拟实际上并不可行。对于电路级去极化噪声模型,我们的数值结果表明准备率显著增加,特别是对于较大的代码长度 N 。例如,对于 N = 256 ,对于实际有趣的物理错误率 p = 10 − 3 ,它从 0.02% 增加到 27%。值得注意的是,N = 256 的 Q 1 码在 p = 10 − 3 和 p = 3 × 10 − 4 时分别实现了大约 10 − 11 和 10 − 15 的逻辑错误率。与具有相似代码长度和最小距离的表面码相比,这相当于提高了大约三个数量级,从而表明所提出的方案用于大规模容错量子计算的前景。
纠错是构建量子计算机的关键步骤。量子系统会因退相干和噪声而产生误差。通过使用量子纠错,可以防止量子计算设备中的量子信息被破坏。人们为开发和研究量子纠错码做出了许多努力和改进。其中,拓扑码(如表面码 [1], [2])因其高阈值和局部性 [3] 而有望用于构建实用的量子计算机。色码 [4] 是另一种有前途的用于容错量子计算的拓扑量子纠错码。它们提供的阈值相对较好,略低于表面码 [5], [6], [7]。然而,与表面码不同,横向 Clifford 运算可以充当逻辑 Clifford 运算 [8]。量子擦除通道 [9], [10] 是简单的噪声模型,其中一些量子位被擦除,并且我们已知哪些量子位被擦除。当一个量子比特被擦除时,该量子比特被认为会受到随机选择的泡利误差的影响。了解哪些量子比特被擦除可能会使开发解码算法变得不那么复杂。最近,有人提出了在量子擦除信道上以线性时间对表面码进行最大似然 (ML) 解码 [11],它被用作表面码和色码的近线性时间解码算法的子程序 [6],通过将它们投影到表面码 [12]、[7] 上来纠正泡利误差和擦除。在本文中,我们证明了当一组被擦除的量子比特满足某个可修剪性条件时,在量子擦除信道上对色码进行线性时间 ML 解码是可能的,并提出了一种解码算法,我们称之为修剪解码。我们还提供了当不遵守可修剪性约束时如何使用修剪解码的方法。
在HPCMP Portal TASAT上的高级跟踪(TASAT)软件的分布式时间域分析模拟首先是在被动和主动的照明条件下以及使用地面成像系统的详细模拟进行的。tasat已演变为支持空间成像和照明器平台,用于被动(太阳能,月球,地球)和目标(激光)目标。tasat在模拟的地球轨道中提供了详细的三维(3D)计算机辅助设计(CAD)卫星模型的详细的二维(2D)渲染。使用射线示踪技术以及卫星几何和材料光学特性的数据库进行渲染。3D CAD模型的每个元素都有其自身的材料特性,因此可以确定每个表面的适当的光学,极化和散射效应。然后将渲染的图像字段与成像系统点扩散函数(PSF)进行卷积,并使用传感器空间采样和噪声模型降级,以为定义的场景提供逼真的卫星图像模拟,以作为时间的函数。tasat使用卫星材料的多光谱光学特性的库来生成用于特定目标和观察场景的辐射标志。这些材料先前已经在各种波长和观察几何形状上进行了测量,并以光学量(例如光谱反射率和双向反射率函数(BRDF)值(BRDF)值(用于有限数量的波长)值。使用TASAT对空间对象图像和相关的辐射准确性的模拟来增强对空间对象现象学(例如对象表面“闪烁”)的理解。AFRL正在与TASAT合作,开发基于物理的,详细的对空间对象成像的理解。通过生成模拟图像数据,用于不同的目标情景和广泛的光学传感器(可见到长波长红外)的知识库,支持卫星识别和表征的知识库正在发展。此知识用于对图像进行分析,以确定利用图像信息的最佳方法。
量子密钥分发 (QKD) [1] 是在双方 Alice 和 Bob 之间生成安全密钥的一种特殊方法,该方法可确保量子计算机时代传输信息的隐私。从历史上看,最早提出的协议是离散变量 (DV) 协议 [2, 3],其中信息以单个光子的状态进行编码:偏振、相位或时间箱。然而,随着时间的推移,连续变量 (CV) 协议 [4–6] 被引入,由于使用同差/异差检测系统代替单光子探测器,这些协议被认为更高效、速率更高且具有成本效益。考虑 QKD 系统的安全性时,必须考虑到它们中的每一个都具有并不理想的有限物理实现,这为窃听者 Eve 提供了进行多次攻击并提取部分密钥的机会。为了防止这种威胁,针对每个协议,正在开发一个复杂的系统来评估 Eve 可用的信息和可接受的错误水平。目前,已经提出了相当多的工作,涵盖 CV-QKD 协议的安全性主题 [7–14]。在最适合实际实施的协议中,GG02 协议 [6,15] 脱颖而出,考虑到有限密钥效应,该协议的安全性已证明可以抵御相干(一般)攻击。此外,还考虑了不受信任和受信任的硬件噪声模型 [12]。后者是可取的,因为许多安全级别意味着 Eve 无法访问 Alice 和 Bob 的块,而且,考虑到不受信任的噪声会使协议基本上无法使用。因此,本文将在具有受信任硬件噪声的实际实施中提供针对一般攻击的 CV-QKD 的完整安全性证明。在第 2 节中,我们描述了 CV-QKD 方案的光学配置;在第 3 至第 5 节中,我们给出了可信噪声场景中协议的描述,并考虑了超出一般安全证明框架的特定攻击的可能性。在第 6 节中,我们提供了一种评估和监控实验参数的技术;在第 7 节中,我们阐明了安全性分析并估计了有限长度安全密钥的生成率。在第 8 节中,我们讨论了结果并得出了适当的结论。
5 收发器构建模块建模 ................................................................................................................................ 20 5.1 信号路径组件 .............................................................................................................................................. 20 5.1.1 接收器噪声系数和非线性 ...................................................................................................................... 20 5.1.1.1 高级建模 ...................................................................................................................................... 20 5.1.1.2 THz 频段接收器非线性模型 ...................................................................................................... 21 5.1.1.3 三阶截点 IIP3dBm 和 SNDR ............................................................................................. 22 5.1.2 发射器输出功率 ................................................................................................................................ 22 5.1.2.1 输出功率的作用 ................................................................................................................................ 22 5.1.2.2 功率放大器输出功率和效率 ............................................................................................................. 23 5.1.3 功率放大器非线性建模................................................................................................... 24 5.2 时钟组件 ...................................................................................................................................... 25 5.2.1 锁相环和倍频器的相位噪声分布 ................................................................................................ 25 5.2.2 时间域相位噪声样本的生成 ............................................................................................................. 28 5.2.2.1 离散时间相位噪声模型 ............................................................................................................. 28 5.2.2.2 相位噪声功率谱密度采样 ............................................................................................................. 29 5.2.2.3 离散 PSD 缩放 ............................................................................................................................. 30 5.2.2.4 相位噪声样本生成 ............................................................................................................................. 30 5.2.2.4.1 随机性包含 ............................................................................................................................. 30 5.2.2.4.2 相位样本生成 ............................................................................................................................. 30 5.2.2.4.3 相位噪声样本生成................................................................................................................ 30 5.2.2.5 单次长生成................................................................................................................................................ 30 5.2.2.6 建议............................................................................................................................................... 31 5.3 数据转换器和基带滤波器........................................................................................................................ 31 5.3.0 简介....................................................................................................................................................... 31 5.3.1 数据转换器....................................................................................................................................... 31 5.3.1.0 简介................................................................................................................................................. 31 5.3.1.1 数据转换器性能指标.................................................................................................................... 32 5.3.1.2 性能趋势.................................................................................................................................... 42 5.4 光束斜视.................................................................................................................................................... 43 5.4.1 THz 波段的光束斜视效应............................................................................................................. 43 5.4.2 光束斜视的理论分析................................................................................................... 44 5.4.3 波束斜视处理 ................................................................................................................................ 48 5.5 射频损伤对 THz 链路的影响 ................................................................................................................ 5031 5.3.1.1 数据转换器性能指标 ...................................................................................................................... 32 5.3.1.2 性能趋势 ...................................................................................................................................... 42 5.4 光束斜视 ......................................................................................................................................................... 43 5.4.1 THz 频段的光束斜视效应 ......................................................................................................................... 43 5.4.2 光束斜视的理论分析 ............................................................................................................................. 44 5.4.3 光束斜视处理 ...................................................................................................................................... 48 5.5 RF 损伤对 THz 链路的影响 ............................................................................................................................. 5031 5.3.1.1 数据转换器性能指标 ...................................................................................................................... 32 5.3.1.2 性能趋势 ...................................................................................................................................... 42 5.4 光束斜视 ......................................................................................................................................................... 43 5.4.1 THz 频段的光束斜视效应 ......................................................................................................................... 43 5.4.2 光束斜视的理论分析 ............................................................................................................................. 44 5.4.3 光束斜视处理 ...................................................................................................................................... 48 5.5 RF 损伤对 THz 链路的影响 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