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

Informations projet

QNets

N° de convention de subvention: 804247

DOI

10.3030/804247

Projet clôturé

Date de signature de la CE 4 Septembre 2018

Date de début 1 Octobre 2019

Date de fin 30 Septembre 2025

Financé au titre de

• EXCELLENT SCIENCE - European Research Council (ERC)

Coût total

€ 1 486 439,00

Contribution de l’UE

€ 1 486 439,00

Coordonné par

FORSCHUNGSZENTRUM JULICH GMBH
Germany

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Publications

Peer reviewed articles (36)

Measurement-Free Quantum Error Correction Optimized for Biased Noise

Auteurs: Katharina Brechtelsbauer, Friederike Butt, David F. Locher, Santiago Higuera Quintero, Sebastian Weber, Markus Müller, Hans Peter Büchler
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 6, 2025, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/wsnf-prwl

Fundamental Thresholds for Computational and Erasure Errors via the Coherent Information

Auteurs: Luis Colmenarez, Seyong Kim, Markus Müller
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 6, 2025, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/d8rx-srpn

Experimental Bayesian Calibration of Trapped-Ion Entangling Operations

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

On the Interpretability of Neural Network Decoders

Auteurs: Lukas Bödeker, Luc J. B. Kusters, Markus Müller
Publié dans: Advanced Quantum Technologies, Numéro 8, 2025, ISSN 2511-9044
Éditeur: Wiley
DOI: 10.1002/qute.202500158

Optimal storage capacity of quantum Hopfield neural networks

Auteurs: Lukas Bödeker; Eliana Fiorelli; Markus Müller
Publié dans: Physical review / Physics education research, Numéro 5, 2022, Page(s) 023074, ISSN 2643-1564
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevresearch.5.023074

Compressed-sensing Lindbladian quantum tomography with trapped ions

Auteurs: Dmitrii Dobrynin, Lorenzo Cardarelli, Markus Müller, Alejandro Bermudez
Publié dans: Quantum Science and Technology, Numéro 10, 2025, Page(s) 045041, ISSN 2058-9565
Éditeur: IOP Publishing
DOI: 10.1088/2058-9565/ae0363

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

Auteurs: Lorenzo Cardarelli; Sergi Julià-Farré; Maciej Lewenstein; Alexandre Dauphin; Markus Müller
Publié dans: Quantum science and technology, Numéro 8(2), 2023, Page(s) 025018, ISSN 2058-9565
Éditeur: IOP Pubishing
DOI: 10.1088/2058-9565/acbc45

Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations

Auteurs: 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
Publié dans: Nature, Numéro 605(7911), 2022, Page(s) 675 - 680, ISSN 1476-4687
Éditeur: Nature Potfolio
DOI: 10.1038/s41586-022-04721-1

Characterizing Quantum Instruments: From Nondemolition Measurements to Quantum Error Correction

Auteurs: Roman Stricker; Davide Vodola; Alexander Erhard; Lukas Postler; Michael Meth; Martin Ringbauer; Philipp Schindler; Rainer Blatt; Markus Müller; Thomas Monz
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 2, 2022, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.18154/rwth-2022-08526

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

Auteurs: Stefano Veroni, Markus Müller, Giacomo Giudice
Publié dans: Physical Review Research, Numéro 6, 2024, ISSN 2643-1564
Éditeur: 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

Auteurs: Thomas Botzung; Thomas Botzung; Sebastian Diehl; Markus Müller; Markus Müller
Publié dans: Phys. Rev. B, Numéro 104, 184422, 2021, ISSN 2469-9950
Éditeur: 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

Auteurs: T. L. M. Guedes, G. A. Mena Marugán, M. Müller, F. Vidotto
Publié dans: Physical Review D, Numéro 112, 2025, ISSN 2470-0010
Éditeur: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/hjdk-kdhk

Quantum Error Correction with Quantum Autoencoders

Auteurs: David F. Locher; Lorenzo Cardarelli; Markus Müller
Publié dans: Quantum, Numéro 7, 2023, Page(s) 942, ISSN 2521-327X
Éditeur: 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

Auteurs: 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
Publié dans: Physical Review X, Numéro 15, 2025, ISSN 2160-3308
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/b9s1-6r44

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

Auteurs: Remmy Zen, Jan Olle, Luis Colmenarez, Matteo Puviani, Markus Müller, Florian Marquardt
Publié dans: Physical Review X, Numéro 15, 2025, ISSN 2160-3308
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/gqpr-dgz7

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

Auteurs: Butt, Friederike; Heußen, Sascha; Rispler, Manuel; Müller, Markus
Publié dans: PRX QUANTUM, Numéro 5, 2024, Page(s) 020345, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/prxquantum.5.020345

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

Auteurs: Sergi Julià-Farré, Markus Müller, Maciej Lewenstein, Alexandre Dauphin
Publié dans: Physical Review Letters, Numéro 125/24, 2020, Page(s) 240601, ISSN 0031-9007
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevlett.125.240601

Topological stripe state in an extended Fermi-Hubbard model

Auteurs: Sergi Julià-Farré; Lorenzo Cardarelli; Maciej Lewenstein; Markus Müller; Alexandre Dauphin
Publié dans: Physical review B, Numéro 109, 2024, Page(s) 075109, ISSN 2469-9969
Éditeur: American Physical Society}
DOI: 10.1103/physrevb.109.075109

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

Auteurs: Josias Old, Stephan Tasler, Michael J. Hartmann, Markus Müller
Publié dans: Physical Review Letters, Numéro 135, 2025, ISSN 0031-9007
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/sblg-fbq4

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

Auteurs: Andrea Rodriguez-Blanco, Alejandro Bermudez, Markus Müller, Farid Shahandeh
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 2/2, 2021, Page(s) 020304, ISSN 2691-3399
Éditeur: 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"

Auteurs: G. Martín-Vázquez, G. Aarts, M. Müller, A. Bermudez
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 3, 2023, ISSN 2691-3399
Éditeur: 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

Auteurs: Heußen, Sascha; Postler, Lukas; Rispler, Manuel; Pogorelov, Ivan; Marciniak, Christian D.; Monz, Thomas; Schindler, Philipp; Müller, Markus
Publié dans: Physical Review A, Numéro 107, 2023, Page(s) 042422, ISSN 1094-1622
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/physreva.107.042422

Computing the Graph-Changing Dynamics of Loop Quantum Gravity

Auteurs: Thiago L. M. Guedes, Guillermo A. Mena Marugán, Francesca Vidotto, Markus Müller
Publié dans: Universe, Numéro 11, 2025, Page(s) 387, ISSN 2218-1997
Éditeur: MDPI AG
DOI: 10.3390/universe11120387

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

Auteurs: Eliana Fiorelli; Markus Müller; Igor Lesanovsky; Federico Carollo
Publié dans: New Journal of Physics, Numéro 25 (8), 2023, Page(s) 083010, ISSN 1367-2630
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/ace470

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

Auteurs: Tom Peham, Ludwig Schmid, Lucas Berent, Markus Müller, Robert Wille
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 6, 2025, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/prxquantum.6.020330

Lift-connected surface codes

Auteurs: Josias Old, Manuel Rispler, Markus Müller
Publié dans: Quantum Science and Technology, Numéro 9, 2024, Page(s) 045012, ISSN 2058-9565
Éditeur: IOP Publishing
DOI: 10.1088/2058-9565/ad5eb6

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

Auteurs: Ze-Min Huang, Luis Colmenarez, Markus Müller, Sebastian Diehl
Publié dans: Physical Review Research, Numéro 7, 2025, ISSN 2643-1564
Éditeur: American Physical Society (APS)
DOI: 10.1103/fx56-8nvy

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

Auteurs: Joseph W P Wilkinson, Katrin Bolsmann, Thiago L M Guedes, Markus Müller, Igor Lesanovsky
Publié dans: New Journal of Physics, Numéro 27, 2025, Page(s) 064502, ISSN 1367-2630
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/add494

Phase diagram of quantum generalized Potts-Hopfield neural networks

Auteurs: Eliana Fiorelli; Igor Lesanovsky; Markus Müller
Publié dans: New Journal of Physics, Numéro 24, 033012, 2022, ISSN 1367-2630
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/ac5490

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

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

Dynamical subset sampling of quantum error-correcting protocols

Auteurs: Sascha Heußen; Don Winter; Manuel Rispler; Markus Müller
Publié dans: Physical Review Research, Numéro 6, 2024, Page(s) 013177, ISSN 2643-1564
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/physrevresearch.6.013177

Bosonic quantum error correction with neutral atoms in optical dipole traps

Auteurs: Leon H. Bohnmann, David F. Locher, Johannes Zeiher, Markus Müller
Publié dans: Physical Review A, Numéro 111, 2025, ISSN 2469-9926
Éditeur: 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

Auteurs: Martín-Vázquez, G.; Aarts, G.; Müller, Markus; Bermudez, A.
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 3(2), 2022, Page(s) 020352, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.48550/arxiv.2105.06886

Scalable characterization of localizable entanglement in noisy topological quantum codes

Auteurs: David Amaro, Markus Müller, Amit Kumar Pal
Publié dans: New Journal of Physics, Numéro 22/5, 2020, Page(s) 053038, ISSN 1367-2630
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1367-2630/ab84b3

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

Auteurs: S. Varona, M. Müller, A. Bermudez
Publié dans: npj Quantum Information, Numéro 11, 2025, ISSN 2056-6387
Éditeur: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1038/s41534-025-01044-7

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

Auteurs: Heußen, Sascha; Locher, David; Müller, Markus
Publié dans: PRX Quantum, Numéro 5, 2024, Page(s) 010333, ISSN 2691-3399
Éditeur: American Physical Society
DOI: 10.1103/prxquantum.5.010333

Non-peer reviewed articles (3)

Demonstration of Fault-Tolerant Steane Quantum Error Correction

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

Robustness and measurement-induced percolation of the surface code

Auteurs: T Botzung, M Buchhold, S Diehl, M Müller
Publié dans: Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, Numéro 58, 2025, Page(s) 205304, ISSN 1751-8113
Éditeur: Institute of Physics Publishing
DOI: 10.1088/1751-8121/add2e3

Accurate optimal quantum error correction thresholds from coherent information

Auteurs: Luis Colmenarez, Ze-Min Huang, Sebastian Diehl, Markus Müller
Publié dans: Physical Review Research, Numéro 6, 2024, ISSN 2643-1564
Éditeur: 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

Auteurs: Manuel Rispler, Davide Vodola, Markus Müller, Seyong Kim
Publié dans: 2024
Éditeur: arXiv

Optical time-domain quantum state tomography on a subcycle scale

Auteurs: Hubenschmid, Emanuel; Guedes, Thiago L. M.; Burkard, Guido
Publié dans: arXiv, Numéro 2307, 2023, Page(s) 13090
Éditeur: Cornell Tech
DOI: 10.48550/arxiv.2307.13090

Experimental fault-tolerant code switching

Auteurs: Ivan Pogorelov, Friederike Butt, Lukas Postler, Christian D. Marciniak, Philipp Schindler, Markus Müller, Thomas Monz
Publié dans: 2024
Éditeur: arXiv

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

Auteurs: F. Butt, D. F. Locher, K. Brechtelsbauer, H. P. Büchler, and M. Müller
Publié dans: 2024
Éditeur: arXiv

Quantum cellular automata for quantum error correction and density classification

Auteurs: Guedes, Thiago L. M.; Winter, Don; Müller, Markus
Publié dans: https://arxiv.org/abs/2309.03608, 2023, ISSN 2331-8422
Éditeur: Cornell Tech
DOI: 10.48550/arxiv.2309.03608