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绝热性的捷径：概念、方法和应用
绝热捷径 (STA) 是快速获得系统控制参数缓慢绝热变化的最终结果的途径。捷径由一组适用于不同系统和条件的分析和数值方法设计而成。将 STA 方法应用于量子系统的动机是在比退相干时间更短的时间尺度上操纵它们。因此，绝热捷径已成为原子、分子和固态物理学中准备和驱动内部和运动状态的工具。应用范围从基于门或模拟范式的信息传输和处理到干涉测量和计量学。控制参数的多重 STA 路径可用于增强对噪声和扰动的鲁棒性或优化相关变量。由于绝热是一种普遍存在的现象，STA 方法也从量子世界扩展到光学设备、经典机械系统和统计物理学。绝热捷径与其他概念和技术（尤其是最优控制理论）完美结合，并提出了一些基本的科学和工程问题，例如找到速度极限、量化第三定律或确定过程能量成本和效率。本文回顾了绝热捷径的概念、方法和应用，并概述了其良好的前景以及未来尚未解决的问题和挑战。
标题：超导量子比特的计量学
过去几年，量子计算已从一门学术学科转变为一个吸引业界和政府极大兴趣和投资的领域。超导量子比特电路的优势在于，它几乎完全采用硅基铝（或蓝宝石）技术制成，现已扩展到 100 个量子比特。该领域的这种凝聚力使技术得到了显著改进，现在可以制造可重复的大规模电路，尽管量子处理器的复杂性很高，但该社区仍能逐渐将量子比特相干时间延长到 100 微秒以上。近年来，一些用于辅助电路的新材料（如钽）已经出现，即使目前质量最好的量子比特约瑟夫森结仍然完全采用铝技术制造，也能产生具有更高相干性的量子比特。目前，缺乏可用于直接关联所用材料和由此产生的量子比特相干性的计量工具和方法，这意味着在理解是什么限制了超导量子比特的相干性方面存在巨大差距。为什么某些材料更好尚不清楚，因此需要新的测量技术来了解量子层面的材料特性，并需要更精确地比较量子比特的性能。
Qompress：利用部分和混合基数运算减少通信量的 Ququarts 高效编译
量子计算正处于资源有限的时代。当前的硬件缺乏高保真门、长相干时间以及执行有意义计算所需的计算单元数量。现代量子设备通常使用二进制系统，其中每个量子位都存在于 | 0 ⟩ 和 | 1 ⟩ 状态的叠加中。然而，通过以不同的方式操纵系统，通常可以访问同一物理单元中的 | 2 ⟩ 甚至 | 3 ⟩ 状态。在这项工作中，我们考虑通过压缩方案自动将两个量子位编码为一个四状态量子。我们使用量子最优控制来设计高效的概念验证门，完全复制这些编码量子位上的标准量子位计算。我们扩展了量子比特编译方案，以便在由量子比特和量子门组成的任意混合基数系统上高效路由量子比特，从而减少通信并最大限度地减少由较长持续时间的量子门引入的额外电路执行时间。结合这些编译策略，我们引入了几种方法来寻找有益的压缩，将计算和通信导致的电路错误减少高达 50%。这些方法可以将有限的近期机器上可用的计算空间增加高达 2 倍，同时保持电路保真度。
量子计算机受控门操作的初态相关优化
将量子算法编码到量子电路中没有唯一的方法。由于量子比特数、连接性和相干时间有限，量子电路优化对于充分利用近期量子设备至关重要。我们引入了一种名为 Aqcel 的新型电路优化器，旨在根据电路的初始状态从受控门中删除冗余的控制操作。特别地，Aqcel 可以通过使用量子计算机识别零振幅计算基态，从多项式计算资源中的多控门中去除不必要的量子比特控制，即使所有相关量子比特都纠缠在一起。作为基准，Aqcel 部署在用于模拟高能物理中的终态辐射的量子算法上。对于这个基准，我们已经证明 Aqcel 优化的电路可以用少得多的门产生等效的终态。此外，当将 Aqcel 与嘈杂的中型量子计算机一起部署时，它可以通过截断低于某些阈值的低振幅计算基础状态来有效地生成与原始电路近似的量子电路，并且保真度很高。我们的技术可用于各种量子算法，为进一步简化量子电路以使其对实际设备更有效开辟了新的可能性。
用于最优 Clifford 电路综合的 SAT 编码
在量子计算机上执行量子算法需要编译为符合设备施加的所有限制的表示。由于设备的相干时间和门保真度有限，编译过程必须尽可能优化。为此，首先必须使用设备的门库来合成算法的描述。在本文中，我们考虑 Clifford 电路的最佳合成，它是量子电路的一个重要子类，具有多种应用。此类技术对于建立（启发式）合成方法的下限和衡量其性能至关重要。由于搜索空间巨大，现有的最佳技术最多仅限于六个量子比特。这项工作的贡献有两个方面：首先，我们提出了一种 Clifford 电路的最佳合成方法，该方法基于将任务编码为可满足性（SAT）问题，并使用 SAT 求解器结合二分搜索方案对其进行求解。事实证明，该工具可以合成最多 26 个量子比特的最佳电路，比目前最先进的电路多出四倍多。其次，我们通过实验表明，最先进的启发式方法引入的开销平均比下限高出 27%。该工具可在 https://github.com/cda-tum/qmap 上公开获取。
超导腔双轨编码
设计能够减少和减轻错误的量子硬件对于实用的量子纠错 (QEC) 和有用的量子计算至关重要。为此，我们引入了电路量子电动力学 (QED) 双轨量子比特，其中我们的物理量子比特被编码在两个超导微波腔的单光子子空间 {| 01 ⟩ , | 10 ⟩} 中。主要的光子损失误差可以被检测到并转换成擦除误差，这通常更容易纠正。与线性光学相比，双轨代码的电路 QED 实现提供了独特的功能。每个双轨量子比特仅使用一个额外的 transmon ancilla，我们描述了如何执行一组基于门的通用操作，其中包括状态准备、逻辑读出以及可参数化的单量子比特和双量子比特门。此外，腔体和传输器中的一阶硬件错误可以在所有操作中被检测到并转换为擦除错误，留下数量级较小的背景泡利错误。因此，双轨腔量子比特表现出良好的错误率层次，预计在当今相干时间下的性能远低于相关的 QEC 阈值。
使用多径路由的量子网络中多用户纠缠分布
摘要 量子网络通过执行纠缠分布促进了许多应用，包括安全通信和分布式量子计算。对于某些多用户量子应用程序，需要访问共享的多部分状态。我们考虑设计以更快的速率分发此类状态的协议的问题。为此，我们提出了三种利用多路径路由来提高多用户应用程序分发速率的协议。这些协议在具有 NISQ 约束的量子网络上进行评估，包括有限的量子存储器和概率纠缠生成。模拟结果表明，与单路径路由技术相比，开发的协议实现了多部分状态分发速率的指数级增长，在研究的案例中最大增长了四个数量级。此外，对于较大的用户集，分发速率的相对增加也被发现有所改善。当在缩小的真实世界拓扑中测试协议时，发现拓扑对协议实现的多部分状态分发速率有显著影响。最后，我们发现多路径路由的好处在较短的量子存储器退相干时间和中间的纠缠生成概率值时最大。因此，所开发的协议可以有益于 NISQ 量子网络控制和设计。
S1：固态缺陷工程
我们提出了一种基于多体自旋梳的大规模通用量子信息处理的理论路径，利用我们在金刚石纳米光子波导中的色心平台实现具有可编程纠缠的量子图。应变固体导致不同色心产生各种位置相关的电子自旋共振频率，从而有效地产生自旋梳。自旋梳由谐振交流应变场驱动，具有可编程周期波形，可执行局部量子位操作，如动态解耦。使用新的梯度上升最优控制技术对串联复合脉冲进行波形优化，以同时校正非共振和振幅误差。原则上，这可以增强所有量子位的相干时间 T2*，而不会消耗太多功率，因为整个系统都是共振的。为了在不同量子位之间创建非局部纠缠相互作用，我们考虑了两种类型的玻色子链路：分别用于连接相同和不同波导中的量子位的声子总线和光学总线。利用制造缺陷和波导基本模式的相应差异，最终可以在我们的量子图中实现全对全纠缠。anand43@mit.edu
量子信息处理和... - NIST 的 TSAPPS
继 Shor 开发出一种高效数字分解的量子力学算法并得到认可的潜在实际应用 [ 1 ] 之后，量子信息科学领域的活动急剧增加。目前，人们正在许多领域探索通用量子信息处理 (QIP) 的实现可能性，包括凝聚态、原子和光学系统。囚禁原子离子已被证明是一种有用的系统，可用于研究此类装置所需的元素 [ 2 ]。离子之所以具有吸引力，部分原因是基于其内部状态的量子比特也可用于原子钟，并且具有非常长的相干时间，在某些情况下超过 10 分钟 [ 3 , 4 ]。此外，由于相互的库仑排斥力，囚禁离子会自然形成空间上分离的量子比特阵列。通过使用聚焦激光束，可以实现选择性量子比特寻址、相干操作和高保真度量子比特状态读取，以及状态相关激光散射 [ 5 , 6 ]。利用这些工具，已经演示了简单的算法 [ 6 ]。然而，目前的操作保真度明显低于容错所需的保真度，而扩展到大型系统的努力才刚刚开始。解决这些问题将涉及重大的技术挑战，但很简单
纳米级进步-RSC Publishing
包括超导体中的库珀对，6-8被困离子的核态，9,10和光子的极化。11,12旋转的旋转表现出了巨大的前景，因为量子传感应用是13-16，因为它们将强耦合与局部环境结合在一起，并具有空间上的精度，以实现高分辨率和高精度显微镜和计量学。17 - 21个固态缺陷系统，例如阴离子氮 - 脱位中心，部分是由于它们的长相干时间（由参数t 2描述）持续到室温。22近年来，分子旋转已成为一个新型平台，具有原子原子，对量子量结构的自下而上的控制和局部旋转环境，从而可以直接控制量子能力。设计师QU的功率在许多方面具有高级分子质量质量，包括：连贯时间的直接合成控制，23 - 26缩放到多等级阵列中，27 - 30，并掺入可设计的光学接口。31这些研究为创建具有毫秒相干时间的新分子量子候选物铺平了道路，并进行了整合的方法