从虚拟 Z 门到虚拟 Z 脉冲

虚拟 $Z$ 门已成为实现快速高保真单量子比特操作的关键技术。然而，虚拟 $Z$ 门要求系统的两量子比特门为微波激活或归一化单量子比特 $Z$ 旋转——即由 $X$、SWAP 和任意相位门生成的群。本文在脉冲层面扩展虚拟 $Z$ 门的理论，这构成门设计和近期脉冲级量子算法的最新进展的基础。这些算法试图利用当前面向噪声中间规模量子（NISQ）设备的全部潜力，通过消除门编译和转编译的开销。为扩展虚拟 $Z$ 门的理论，我们采用脉冲序列的时间稀释技术，为控制量子处理器的脉冲序列构建了平台无关的虚拟 $Z$ 脉冲框架。此外，我们提供了在半导体自旋量子比特和超导量子处理器架构上实现虚拟 $Z$ 脉冲的具体示例。我们还概述了虚拟 $Z$ 脉冲的硬件支持情况。我们发现，虚拟 $Z$ 脉冲（因此也是虚拟 $Z$ 门）可用于以往方法下不支持虚拟 $Z$ 门的硬件。最后，我们提出了虚拟 $Z$ 脉冲在脉冲级算法中的两个额外应用：第一，扩大可原生模拟的哈密顿量类别；第二，提高基于脉冲的变分量子算法的可表达性。