Open Quantum Neural Networks: from Fundamental Concepts to Implementations with Atoms and Photons

Projektinformationen

QNets

ID Finanzhilfevereinbarung: 804247

DOI

10.3030/804247

Projekt abgeschlossen

EK-Unterschriftsdatum 4 September 2018

Startdatum 1 Oktober 2019

Enddatum 30 September 2025

Finanziert unter

• EXCELLENT SCIENCE - European Research Council (ERC)

Gesamtkosten

€ 1 486 439,00

EU-Beitrag

€ 1 486 439,00

Koordiniert durch

FORSCHUNGSZENTRUM JULICH GMBH
Germany

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Veröffentlichungen

Peer reviewed articles (36)

Measurement-Free Quantum Error Correction Optimized for Biased Noise

Autoren: Katharina Brechtelsbauer, Friederike Butt, David F. Locher, Santiago Higuera Quintero, Sebastian Weber, Markus Müller, Hans Peter Büchler
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 6, 2025, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/wsnf-prwl

Fundamental Thresholds for Computational and Erasure Errors via the Coherent Information

Autoren: Luis Colmenarez, Seyong Kim, Markus Müller
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 6, 2025, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/d8rx-srpn

Experimental Bayesian Calibration of Trapped-Ion Entangling Operations

Autoren: Lukas Gerster, Fernando Martínez-García ,Pavel Hrmo , Martin W. van Mourik ,Benjamin Wilhelm, Davide Vodola, Markus Müller, Rainer Blatt, Philipp Schindler, and Thomas Monz
Veröffentlicht in: PRX Quantum, 2022, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/prxquantum.3.020350

On the Interpretability of Neural Network Decoders

Autoren: Lukas Bödeker, Luc J. B. Kusters, Markus Müller
Veröffentlicht in: Advanced Quantum Technologies, Ausgabe 8, 2025, ISSN 2511-9044
Herausgeber: Wiley
DOI: 10.1002/qute.202500158

Optimal storage capacity of quantum Hopfield neural networks

Autoren: Lukas Bödeker; Eliana Fiorelli; Markus Müller
Veröffentlicht in: Physical review / Physics education research, Ausgabe 5, 2022, Seite(n) 023074, ISSN 2643-1564
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevresearch.5.023074

Compressed-sensing Lindbladian quantum tomography with trapped ions

Autoren: Dmitrii Dobrynin, Lorenzo Cardarelli, Markus Müller, Alejandro Bermudez
Veröffentlicht in: Quantum Science and Technology, Ausgabe 10, 2025, Seite(n) 045041, ISSN 2058-9565
Herausgeber: IOP Publishing
DOI: 10.1088/2058-9565/ae0363

Accessing the topological Mott insulator in cold atom quantum simulators with realistic Rydberg dressing

Autoren: Lorenzo Cardarelli; Sergi Julià-Farré; Maciej Lewenstein; Alexandre Dauphin; Markus Müller
Veröffentlicht in: Quantum science and technology, Ausgabe 8(2), 2023, Seite(n) 025018, ISSN 2058-9565
Herausgeber: IOP Pubishing
DOI: 10.1088/2058-9565/acbc45

Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations

Autoren: Lukas Postler; Sascha Heuβen; Ivan Pogorelov; Manuel Rispler; Thomas Feldker; Michael Meth; Christian D. Marciniak; Roman Stricker; Martin Ringbauer; Rainer Blatt; Philipp Schindler; Markus Müller; Thomas Monz
Veröffentlicht in: Nature, Ausgabe 605(7911), 2022, Seite(n) 675 - 680, ISSN 1476-4687
Herausgeber: Nature Potfolio
DOI: 10.1038/s41586-022-04721-1

Characterizing Quantum Instruments: From Nondemolition Measurements to Quantum Error Correction

Autoren: Roman Stricker; Davide Vodola; Alexander Erhard; Lukas Postler; Michael Meth; Martin Ringbauer; Philipp Schindler; Rainer Blatt; Markus Müller; Thomas Monz
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 2, 2022, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.18154/rwth-2022-08526

Optimized measurement-free and fault-tolerant quantum error correction for neutral atoms

Autoren: Stefano Veroni, Markus Müller, Giacomo Giudice
Veröffentlicht in: Physical Review Research, Ausgabe 6, 2024, ISSN 2643-1564
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/physrevresearch.6.043253

Engineered dissipation induced entanglement transition in quantum spin chains: from logarithmic growth to area law

Autoren: Thomas Botzung; Thomas Botzung; Sebastian Diehl; Markus Müller; Markus Müller
Veröffentlicht in: Phys. Rev. B, Ausgabe 104, 184422, 2021, ISSN 2469-9950
Herausgeber: American Institute of Physics
DOI: 10.1103/physrevb.104.184422

Taming Thiemann’s Hamiltonian constraint in canonical loop quantum gravity: Reversibility, eigenstates, and graph-change analysis

Autoren: T. L. M. Guedes, G. A. Mena Marugán, M. Müller, F. Vidotto
Veröffentlicht in: Physical Review D, Ausgabe 112, 2025, ISSN 2470-0010
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/hjdk-kdhk

Quantum Error Correction with Quantum Autoencoders

Autoren: David F. Locher; Lorenzo Cardarelli; Markus Müller
Veröffentlicht in: Quantum, Ausgabe 7, 2023, Seite(n) 942, ISSN 2521-327X
Herausgeber: Association for the Promotion of Open Access Publishing in the Quantum Sciences
DOI: 10.22331/q-2023-03-09-942

Demonstration of Two-Dimensional Connectivity for a Scalable Error-Corrected Ion-Trap Quantum Processor Architecture

Autoren: M. Valentini, M. W. van Mourik, F. Butt, J. Wahl, M. Dietl, M. Pfeifer, F. Anmasser, Y. Colombe, C. Rössler, P. C. Holz, R. Blatt, A. Bermudez, M. Müller, T. Monz, P. Schindler
Veröffentlicht in: Physical Review X, Ausgabe 15, 2025, ISSN 2160-3308
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/b9s1-6r44

Quantum Circuit Discovery for Fault-Tolerant Logical State Preparation with Reinforcement Learning

Autoren: Remmy Zen, Jan Olle, Luis Colmenarez, Matteo Puviani, Markus Müller, Florian Marquardt
Veröffentlicht in: Physical Review X, Ausgabe 15, 2025, ISSN 2160-3308
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/gqpr-dgz7

Fault-Tolerant Code Switching Protocols for Near-Term Quantum Processors

Autoren: Butt, Friederike; Heußen, Sascha; Rispler, Manuel; Müller, Markus
Veröffentlicht in: PRX QUANTUM, Ausgabe 5, 2024, Seite(n) 020345, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/prxquantum.5.020345

Self-Trapped Polarons and Topological Defects in a Topological Mott Insulator

Autoren: Sergi Julià-Farré, Markus Müller, Maciej Lewenstein, Alexandre Dauphin
Veröffentlicht in: Physical Review Letters, Ausgabe 125/24, 2020, Seite(n) 240601, ISSN 0031-9007
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevlett.125.240601

Topological stripe state in an extended Fermi-Hubbard model

Autoren: Sergi Julià-Farré; Lorenzo Cardarelli; Maciej Lewenstein; Markus Müller; Alexandre Dauphin
Veröffentlicht in: Physical review B, Ausgabe 109, 2024, Seite(n) 075109, ISSN 2469-9969
Herausgeber: American Physical Society}
DOI: 10.1103/physrevb.109.075109

Fault-Tolerant Stabilizer Measurements in Surface Codes with Three-Qubit Gates

Autoren: Josias Old, Stephan Tasler, Michael J. Hartmann, Markus Müller
Veröffentlicht in: Physical Review Letters, Ausgabe 135, 2025, ISSN 0031-9007
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/sblg-fbq4

Efficient and Robust Certification of Genuine Multipartite Entanglement in Noisy Quantum Error Correction Circuits

Autoren: Andrea Rodriguez-Blanco, Alejandro Bermudez, Markus Müller, Farid Shahandeh
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 2/2, 2021, Seite(n) 020304, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/prxquantum.2.020304

"Long-Range Ising Interactions Mediated by<mml:math xmlns:mml=""http://www.w3.org/1998/Math/MathML"" display=""inline"" overflow=""scroll""><mml:mi>λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math>Fields: Probing the Renormalization of Sound in Crystals of Trapped Ions"

Autoren: G. Martín-Vázquez, G. Aarts, M. Müller, A. Bermudez
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 3, 2023, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/prxquantum.3.020352

Strategies for a practical advantage of fault-tolerant circuit design in noisy trapped-ion quantum computers

Autoren: Heußen, Sascha; Postler, Lukas; Rispler, Manuel; Pogorelov, Ivan; Marciniak, Christian D.; Monz, Thomas; Schindler, Philipp; Müller, Markus
Veröffentlicht in: Physical Review A, Ausgabe 107, 2023, Seite(n) 042422, ISSN 1094-1622
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/physreva.107.042422

Computing the Graph-Changing Dynamics of Loop Quantum Gravity

Autoren: Thiago L. M. Guedes, Guillermo A. Mena Marugán, Francesca Vidotto, Markus Müller
Veröffentlicht in: Universe, Ausgabe 11, 2025, Seite(n) 387, ISSN 2218-1997
Herausgeber: MDPI AG
DOI: 10.3390/universe11120387

Mean-field dynamics of open quantum systems with collective operator-valued rates: validity and application

Autoren: Eliana Fiorelli; Markus Müller; Igor Lesanovsky; Federico Carollo
Veröffentlicht in: New Journal of Physics, Ausgabe 25 (8), 2023, Seite(n) 083010, ISSN 1367-2630
Herausgeber: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/ace470

Automated Synthesis of Fault-Tolerant State Preparation Circuits for Quantum Error-Correction Codes

Autoren: Tom Peham, Ludwig Schmid, Lucas Berent, Markus Müller, Robert Wille
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 6, 2025, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/prxquantum.6.020330

Lift-connected surface codes

Autoren: Josias Old, Manuel Rispler, Markus Müller
Veröffentlicht in: Quantum Science and Technology, Ausgabe 9, 2024, Seite(n) 045012, ISSN 2058-9565
Herausgeber: IOP Publishing
DOI: 10.1088/2058-9565/ad5eb6

Coherent information as a mixed-state topological order parameter of fermions

Autoren: Ze-Min Huang, Luis Colmenarez, Markus Müller, Sebastian Diehl
Veröffentlicht in: Physical Review Research, Ausgabe 7, 2025, ISSN 2643-1564
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/fx56-8nvy

Two-qubit gate protocols with microwave-dressed Rydberg ions in a linear Paul trap

Autoren: Joseph W P Wilkinson, Katrin Bolsmann, Thiago L M Guedes, Markus Müller, Igor Lesanovsky
Veröffentlicht in: New Journal of Physics, Ausgabe 27, 2025, Seite(n) 064502, ISSN 1367-2630
Herausgeber: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/add494

Phase diagram of quantum generalized Potts-Hopfield neural networks

Autoren: Eliana Fiorelli; Igor Lesanovsky; Markus Müller
Veröffentlicht in: New Journal of Physics, Ausgabe 24, 033012, 2022, ISSN 1367-2630
Herausgeber: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/ac5490

Fault-tolerant parity readout on a shuttling-based trapped-ion quantum computer

Autoren: J. Hilder; D. Pijn; O. Onishchenko; A. Stahl; M. Orth; B. Lekitsch; A. Rodriguez-Blanco; M. Müller; F. Schmidt-Kaler; U. G. Poschinger
Veröffentlicht in: Physical Review X, Ausgabe 12, 011032, 2022, ISSN 2160-3308
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevx.12.011032

Dynamical subset sampling of quantum error-correcting protocols

Autoren: Sascha Heußen; Don Winter; Manuel Rispler; Markus Müller
Veröffentlicht in: Physical Review Research, Ausgabe 6, 2024, Seite(n) 013177, ISSN 2643-1564
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevresearch.6.013177

Bosonic quantum error correction with neutral atoms in optical dipole traps

Autoren: Leon H. Bohnmann, David F. Locher, Johannes Zeiher, Markus Müller
Veröffentlicht in: Physical Review A, Ausgabe 111, 2025, ISSN 2469-9926
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/physreva.111.022432

Long-range Ising interactions mediated by $λϕ^4$ fields: probing the renormalisation of sound in crystals of trapped ions

Autoren: Martín-Vázquez, G.; Aarts, G.; Müller, Markus; Bermudez, A.
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 3(2), 2022, Seite(n) 020352, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.48550/arxiv.2105.06886

Scalable characterization of localizable entanglement in noisy topological quantum codes

Autoren: David Amaro, Markus Müller, Amit Kumar Pal
Veröffentlicht in: New Journal of Physics, Ausgabe 22/5, 2020, Seite(n) 053038, ISSN 1367-2630
Herausgeber: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/ab84b3

Lindblad-like quantum tomography for non-Markovian quantum dynamical maps

Autoren: S. Varona, M. Müller, A. Bermudez
Veröffentlicht in: npj Quantum Information, Ausgabe 11, 2025, ISSN 2056-6387
Herausgeber: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1038/s41534-025-01044-7

Measurement-Free Fault-Tolerant Quantum Error Correction in Near-Term Devices

Autoren: Heußen, Sascha; Locher, David; Müller, Markus
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 5, 2024, Seite(n) 010333, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society
DOI: 10.1103/prxquantum.5.010333

Non-peer reviewed articles (3)

Demonstration of Fault-Tolerant Steane Quantum Error Correction

Autoren: Lukas Postler, Friederike Butt, Ivan Pogorelov, Christian D. Marciniak, Sascha Heußen, Rainer Blatt, Philipp Schindler, Manuel Rispler, Markus Müller, Thomas Monz
Veröffentlicht in: PRX Quantum, Ausgabe 5, 2025, ISSN 2691-3399
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/prxquantum.5.030326

Robustness and measurement-induced percolation of the surface code

Autoren: T Botzung, M Buchhold, S Diehl, M Müller
Veröffentlicht in: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, Ausgabe 58, 2025, Seite(n) 205304, ISSN 1751-8113
Herausgeber: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1751-8121/add2e3

Accurate optimal quantum error correction thresholds from coherent information

Autoren: Luis Colmenarez, Ze-Min Huang, Sebastian Diehl, Markus Müller
Veröffentlicht in: Physical Review Research, Ausgabe 6, 2024, ISSN 2643-1564
Herausgeber: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/physrevresearch.6.l042014

Other (5)

The random coupled-plaquette gauge model and the surface code under circuit-level noise

Autoren: Manuel Rispler, Davide Vodola, Markus Müller, Seyong Kim
Veröffentlicht in: 2024
Herausgeber: arXiv

Optical time-domain quantum state tomography on a subcycle scale

Autoren: Hubenschmid, Emanuel; Guedes, Thiago L. M.; Burkard, Guido
Veröffentlicht in: arXiv, Ausgabe 2307, 2023, Seite(n) 13090
Herausgeber: Cornell Tech
DOI: 10.48550/arxiv.2307.13090

Experimental fault-tolerant code switching

Autoren: Ivan Pogorelov, Friederike Butt, Lukas Postler, Christian D. Marciniak, Philipp Schindler, Markus Müller, Thomas Monz
Veröffentlicht in: 2024
Herausgeber: arXiv

Measurement-free, scalable and fault-tolerant universal quantum computing

Autoren: F. Butt, D. F. Locher, K. Brechtelsbauer, H. P. Büchler, and M. Müller
Veröffentlicht in: 2024
Herausgeber: arXiv

Quantum cellular automata for quantum error correction and density classification

Autoren: Guedes, Thiago L. M.; Winter, Don; Müller, Markus
Veröffentlicht in: https://arxiv.org/abs/2309.03608, 2023, ISSN 2331-8422
Herausgeber: Cornell Tech
DOI: 10.48550/arxiv.2309.03608