Three individual two-axis control of singlet-triplet qubits in a micromagnet integrated quantum dot array
本文报道了在GaAs栅定六重量子点阵列中的两个电子自旋量子比特的单独约束和双轴量子比特操作。作为多量子比特操作的第一步，我们展示了三个单重态-三重态量子比特的相干操作，在所有双点位置显示欠阻尼拉莫尔和拉姆齐振荡。我们提供了一个准确的测量站点站点依赖的场梯度和均方根电磁噪声，我们讨论了简单的矩形微磁体在多个量子点阵列中的实际应用的充分性。我们还讨论了目前的限制和可能的策略，实现同时多多量子比特操作的扩展线性阵列。
2020-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
High fidelity ac gate operations of the quantum dot hybrid qubit
硅中的半导体量子点是有前途的量子位，因为长的自旋相干时间和它们的可扩展性潜力。然而，这样的量子位具有完整的电气控制和高于量子纠错的阈值的量子位尚未实现。我们从理论上证明了量子点混合量子比特的交流门操作可以达到阈值保真度。这个量子位由三个电子组成的双点，是电控的，不需要磁场，以GHz的门速度运行。我们分析了1/f电荷噪声在这个量子比特引起的退相干，发现隧道耦合和失谐的参数制度，最大限度地减少量子比特频率的电荷噪声依赖，并确定最佳的工作点，驱动失谐和隧道耦合的交流门操作。
2016-03-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Swap Test with Quantum-Dot Charge Qubits
我们提出了在双量子点中使用一个电荷量子位来实现交换测试。交换测试是量子机器学习和其他应用中的基本量子子例程，用于通过测量辅助量子位来估计两个未知量子态的保真度。我们的方案使用了一个可控的三量子比特门，这是自然的量子点电荷量子比特。它允许我们实现交换测试，电路深度为六层，估计门时间小于3 ns，低于双量子点的相干时间。这项工作为增强半导体量子比特中量子机器学习开发的工具箱铺平了道路。
2021-12-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically-protected resonant exchange qubits in triple quantum dots
提出了一种利用三重量子点中的三个自旋组成的量子比特进行量子计算的调制微波方法。这种方法包括单量子位和双量子位门，由于对高频电场具有窄带响应的操作点，这些门被保护免受低频电噪声的影响。此外，现有的双量子点进展，包括通过自旋到电荷转换的稳健制备和测量，可以立即应用于新的量子位。最后，高频耦合中隐含的电偶极子项使超导微波谐振器能够实现强耦合，从而产生更强大的双量子比特门。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast Two-Qubit Gates in Semiconductor Quantum Dots using a Photonic Microcavity
量子计算的实现需要快速的单量子位和多量子位量子门操作。在光控量子点量子比特的情况下，满足量子计算中所有要求的远程两个或多个量子比特操作的理论设计还不可用。我们已经开发了一种快速，远程两量子比特门的设计，通过使用量子点腔系统的激发态的光子微腔模式介导，以满足这些需求。这种设计不需要相同的量子位，它与可用的光诱导单量子位操作兼容，并且它为可扩展的架构提供了机会。我们表明，门保真度可以超过90%的实验访问系统。
2013-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental realization of the one qubit Deutsch-Jozsa algorithm in a quantum dot
我们对单个自组装半导体量子点进行了量子干涉实验。点中单个激子的存在或不存在提供了我们以飞秒时间分辨率控制的量子位。我们结合一组量子操作来实现单量子比特Deutsch-Jozsa算法。结果表明，在半导体量子点中利用超快光控制实现单量子比特量子逻辑是可行的。
2004-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity entangling gate for double-quantum-dot spin qubits
半导体中的电子自旋是有希望的量子比特，因为它们的长相干时间使近10^9相干量子门操作成为可能。然而，开发可扩展的高保真双量子比特门仍然具有挑战性。在这里，我们展示了一个纠缠门之间的两个双量子点自旋量子位在GaAs中，通过使用磁场梯度之间的两个量子点在每个量子位，以抑制退相干由于电荷噪声。当磁梯度主导电子之间的电压控制交换相互作用时，量子比特相干时间增加一个数量级。使用随机基准测试和自洽的量子测量，状态和过程断层扫描，我们测量单量子位门的保真度约为99%和纠缠门保真度为90%。在未来，在无核自旋材料（如Si）中操作具有大梯度的双量子点自旋量子比特，应该能够实现超过容错量子信息处理阈值的双量子比特门保真度。
2016-08-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dephasing of Exchange-coupled Spins in Quantum Dots for Quantum Computing
半导体量子点中的自旋量子比特为量子信息处理带来了可扩展性和长相干时间的希望。一种重要的半导体量子比特系统是捕获两个电子或空穴的双量子点，其自旋态编码通过交换相互作用耦合的单重态-三重态量子比特或两个单自旋量子比特。本文报道了双量子点中两个交换耦合自旋的自旋退相研究进展。我们首先讨论了基于交换作用的门定义量子点或施主原子中的双量子比特门和量子比特编码方案。然后，我们报道了单重态-三重态量子比特和双量子比特门的自旋退相研究进展。进一步讨论了抑制自旋退相的方法。对自旋退相的理解可以为实现基于自旋的量子计算的高保真量子门提供见解。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermion-parity qubit in a proximitized double quantum dot
本文提出在约瑟夫森结中的双量子点里编码局域费米子宇称作为量子比特，利用最佳工作点实现零电荷偶极矩以抑制电荷噪声退相干，并给出初始化、读出及单双量子比特门方案。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pulse-gated quantum dot hybrid qubit
由双量子点中的三个电子形成的量子点混合量子位具有高速的潜力，因为存在量子位变得类似电荷的能级交叉。在这里，我们展示了如何充分利用脉冲门控方案中的能级交叉，该方案将自旋量子位分解为一系列电荷跃迁。我们开发一个和两个量子位直流量子门，比以前提出的交流门更简单。我们得到的控制序列的封闭形式的解决方案，并表明，这些亚纳秒门可以实现高quantiities。
2012-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two qubit gate with macroscopic singlet-triplet qubits in synthetic spin-one chains in InAsP quantum dot nanowires
本文提出在InAsP量子点纳米线的合成自旋一链中，利用宏观拓扑保护单态-三态量子比特实现双量子比特门的理论，通过精确对角化和MPS工具验证低能行为，并演示了两种高精度门生成方法。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum control of a model qubit based on a multi-layered quantum dot
在这项工作中，我们提出了一个模型量子比特，其基态是一个多层量子点的本征态。结果表明，适当设计的量子点在含时驱动下，量子比特态具有良好的动力学性质，特别是简单的正弦驱动就足以在量子比特态之间获得高质量的拉比振荡.此外，即使在非谐振条件下，也可以以非常低的泄漏执行状态之间的切换。从这个意义上说，量子比特的量子控制在某些扰动下是鲁棒的，并且可以用简单的方法实现。
2013-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal set of quantum gates for double-dot spin qubits with fixed interdot coupling
在非均匀磁场作用下，我们提出了一套适用于双量子点中由两个电子自旋实现的单重态-三重态量子比特的通用门操作。所有的栅极操作都是通过利用电偏置切换两个点之间的电位偏移来实现的，并且不需要对点之间的隧道耦合进行时间依赖性控制。我们分析了双电子动力学，并计算了作为所施加的电偏压的函数的有效量子比特旋转角。我们提出了明确的门序列的单量子比特旋转两个正交轴，和CNOT门序列，完成通用门集。
2007-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate fidelity comparison in semiconducting spin qubit implementations affected by control noises
报道了在不同控制误差下，量子点和施主中不同自旋量子比特类型的门的量子效率的比较。我们研究了五种量子比特类型，即量子点自旋量子比特、双量子点单重态-三重态量子比特、双量子点混合量子比特、施主量子比特和量子点自旋施主量子比特。对于每一个，我们推导出解析的时间序列，实现单量子比特旋转沿主轴的布洛赫球。利用高斯噪声模型估计了控制误差对门保真度的影响。然后，我们通过使用一组实际的控制幅度的误差参数值，比较了由于脉冲定时误差而导致的量子比特实现之间的门延迟。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effective Hamiltonian for the hybrid double quantum dot qubit
由双量子点中的三个电子形成的量子点混合量子位代表了用于单量子位和双量子位量子逻辑端口的固态实现的高速和简单制造之间的有希望的折衷。我们推导出的Schriffi-Wolff有效哈密顿量，描述了一个简单而直观的方式，通过结合一个哈伯德类模型与投影算子方法的量子比特。这样，Hubbard型哈密顿量就转化为电子对之间交换耦合作用的等价表达式。利用有效哈密顿量导出系统的动力学行为及其在布洛赫球上的本征态，以产生量子逻辑端口的量子比特操作。一个现实的实现在硅和量子位与检测器的耦合进行了讨论。
2013-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-shot latched readout of a quantum dot qubit using barrier gate pulsing
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Intel Corporation（英特尔公司）；HRL Laboratories, LLC.（HRL实验室有限公司）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
本文提出了一种利用屏障门脉冲动态控制量子比特与蓄水池隧道速率的方法，用于单次测量量子点量子比特，并减少了相干拉莫尔振荡测量中的量子比特重置时间。
2026-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient C-Phase gate for single-spin qubits in quantum dots
双量子比特相互作用是量子信息处理的核心。对于半导体量子点中的单自旋量子比特，交换门一直被认为是自然的双量子比特门。最近在耦合的量子点系统中集成磁场或g因子梯度允许控制相位（C相）门的一步鲁棒实现。我们分析了在现实条件下可以获得的C相门持续时间和精度，包括电荷和核场波动的影响，并发现门错误概率低于10-4，可能允许容错量子计算。
2011-05-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence by electromagnetic fluctuations in double-quantum-dot charge qubits
我们讨论了由两个横向量子点组成的电荷量子比特中由于电磁涨落引起的退相干。我们使用一个有效的电路模型来评估量子位设置中电压波动的相关性。这些相关性使我们能够估计量子比特系统的能量（T1）和相位（T2）弛豫时间。我们的理论估计的品质因数，由于退相电磁波动产生的值远高于那些在最近的实验中发现的，表明其他来源的退相干发挥主导作用。
2010-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Adiabatic steering and determination of dephasing rates in double dot qubits
提出了一种利用相干微波脉冲在双量子点中制备任意叠加量子态的方案。求解运动方程的点密度矩阵，我们发现，这种叠加的失相率可以定量推断从额外的电子电流脉冲，出现由于可控击穿的相干布居陷阱的点。
2001-04-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable charge qubit based on barrier-controlled triple quantum dots
我们提出了一个可调电荷量子位的理论提案，托管在三重量子点中。操作仅通过改变三个点之间的两个势垒的高度来执行，而所有三个点的能量是固定的。我们已经发现，当两个势垒的相对高度改变时，执行单量子位门的旋转轴的方向可以改变。另一方面，可以通过同时升高或降低两个屏障来调整相应的旋转速度。因此，我们的建议允许通过全电气控制的电荷量子比特的旋转轴和旋转速度的可调谐性，这可能有助于在这些设备中实现量子算法。
2018-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Fidelity Entangling Gates for Quantum-Dot Hybrid Qubits Based on Exchange Interactions
量子点混合量子比特利用了扩展的电荷噪声最佳点，该最佳点抑制了失相，并且使得高保真单量子比特门的实验实现成为可能。然而，目前提出的双量子比特门需要将量子比特从它们的最佳点调出来。在这里，我们提出了一种基于交换相互作用的双混合量子比特耦合方案，该方案允许量子比特始终保持在其最佳点。通过量子比特间的隧道耦合来控制相互作用。通过模拟这种门在现实的准静态和$1\!/\!f$电荷噪声的存在下，我们表明，我们的方案应使长度为$\sim$ 5~ns的受控$Z$门，和长度为$\sim$ 7~ns的Z-CNOT门，两者都具有$>$ 99.9\%。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enabling Modularity for Spin Qubits via Driven Quantum Dot-Mediated Entanglement
University of Rhode Island（罗德岛大学）
本文提出利用驱动电场的量子点实现自旋量子比特纠缠，展示了一种无需复杂脉冲序列的快速通用纠缠门，结合先前研究的远距离纠缠方法，实现量子信息处理的模块化。
2026-04-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electric qubit control in heavy hole quantum dots via non-Abelian geometric phases
我们证明了如何非阿贝尔几何相位可以用来普遍处理自旋量子比特在重空穴量子点在没有磁场。一个依赖于时间的电四极场被用来执行任何所需的单量子比特操作凭借非阿贝尔holonomy。在所提出的操作期间，表示量子比特的时间相关的两能级系统的简并不分裂。由于时间反演对称性被保留，并且已知超精细耦合在基于重空穴的自旋量子比特中很弱，因此我们预计在所提出的设置中会有很长的相干时间。
2012-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-dispersive resonator readout of a quantum-dot qubit using longitudinal coupling
本文通过纵向耦合机制，在量子比特与谐振器频率失谐约10 GHz的超色散区域中，成功实现了对量子点混合量子比特的读出，展示了纵向耦合在半导体量子比特运行中的潜力。
2025-01-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Materials for Silicon Quantum Dots and their Impact on Electron Spin Qubits
量子计算机有可能有效地解决物流、药物和材料设计、金融和网络安全方面的问题。然而，为了纠正量子操作中不可避免的错误，需要数百万个量子比特。在这种情况下，栅极定义的硅量子点中的电子自旋是编码量子位的有力竞争者，利用微电子行业的专业知识制造具有纳米级电极的密集芯片。然而，商业制造的晶体管中使用的复杂材料组合将对脆弱的量子位产生非常不同的影响。我们在这里回顾了对量子比特性能和可变性有直接影响的材料的一些关键特性。
2021-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal of a full Bell state analyzer for spin qubits in a double quantum dot
提出了一种双量子点中自旋量子比特的全Bell态测量方案。我们的方案包括泡利自旋阻塞测量和双轴电子自旋共振。为了消除塞曼场的平均，使用g因子工程设计双量子点，使得第一和第二量子点的Landé g因子满足g1=g2。因此，我们可以将三个自旋三重态中的一个交换为自旋单重态，而不会干扰其他态。我们的研究表明，顺序自旋电荷转换使我们能够实现电子自旋量子比特的完整Bell态测量。
2010-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
State Initialization of a Hot Spin Qubit in a Double Quantum Dot by Measurement-Based Quantum Feedback Control
提出了一种基于测量的双量子点自旋量子位耦合到超导谐振器中的自旋态初始化量子反馈方案。该协议改进了量子比特状态初始化，因为它能够在更短的时间内稳健地准备自旋，并达到更高的保真度，这可以预先设置。能够预先设置所针对的保真度是一个非常期望的特征，使得量子位初始化更具确定性。本文开发的协议在高温下也是有效的，这对于目前在量子计算机中扩大量子比特数量的努力至关重要。
2022-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-Qubit Geometric Phase Gate for Quantum Dot Spins using Cavity Polariton Resonance
我们描述了一种实现两量子位几何相位门的设计，通过该设计，限制在相邻量子点中的一对电子发生纠缠。纠缠是光激发激子-极化激元与局域自旋之间库仑交换相互作用的结果。这种光学耦合类似于电子-电子Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）相互作用，提供了具有中等腔品质因数Q的高速、高保真度双量子比特门操作。通过优化光脉冲参数（脉冲宽度和能量），可以减小由于极化激元寿命有限而引起的误差。所提出的设计，使用静电量子点，最大限度地纠缠，并确保可扩展性。
2012-03-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intrinsic phonon decoherence and quantum gates in coupled lateral quantum dot charge qubits
Hayashi等人最近的实验[Phys.Rev.Lett. 91，226804（2003）]证明了在横向限定的量子点中电荷量子位（qubit）的相干振荡。我们研究了本征电子-声子消相干和门的性能，为下一步：一个系统的两个耦合的电荷量子比特。有效的退相干模型包含了局部退相干和集体退相干的性质。退相干通道可以通过它们的多极矩来分类，这导致了不同的低能谱。结果表明，由于超欧姆谱的存在，单量子位Hadamard门的质量受到限制。通过使用具有弱隧道耦合的双点，可以显著地改善。
2005-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Qubit Relaxation in a Moving Quantum Dot
自旋量子比特的远程量子通信是一个重要的开放性问题。在这里，我们研究了电子自旋量子比特在运动的量子点中的退相干。我们主要研究自旋轨道相互作用和随机电势引起的自旋退相干。我们发现，在最低阶，运动诱导纵向自旋弛豫，与点速度的线性速率。我们计算的自旋弛豫时间范围从GaAs中的子$μ$ s到Si中的ms以上，使得这种弛豫成为显著的退相干通道。我们的结果也为如何减小电子运动的退相干效应给出了明确的指示。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Achieving High Fidelity Single Qubit Gates in a Strongly Driven Silicon Quantum Dot Hybrid Qubit
尽可能快地执行量子位门操作对于最小化退相干的影响可能是重要的。对于谐振门，这需要施加强交流驱动。然而，强驱动可能会导致泄漏到量子比特子空间之外的水平，从而带来控制挑战。强驱动也可能带来理论挑战，因为旋转波近似等首选工具可能会崩溃，导致难以控制的复杂动力学。在这里，我们分析了硅量子双点混合量子比特的$X$共振旋转的缀饰态形式主义，获得的结果超出了旋转波近似。我们得到了最佳驱动频率和拉比频率的解析公式，这两者都受到强驱动。虽然量子比特状态表现出快速振荡，由于反向旋转项和泄漏，我们表明，它们可以被抑制到一个点，即门以上的$99.99\%$是可能的，在退相干的情况下。因此，退相干机制，而不是强驱动效应，应该代表量子点混合量子比特中谐振栅性能的限制因素。
2017-07-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise Analysis of Qubits Implemented in Triple Quantum Dot Systems in a Davies Master Equation Approach
我们分析了噪声对三重量子点自旋系统实现的量子比特的影响。我们给出了一个详细的描述的物理实现和开发的主要外部噪声源的误差模型。我们使用Davies主方程方法来描述它们对量子比特的影响。三点系统包含两种有意义的量子比特实现：我们考虑全希尔伯特空间的子空间和子系统来实现量子比特。我们测试了这两种实现方式在量子位稳定性方面的鲁棒性。在进行噪声分析时，我们使用Nakajima-Zwanzig方法提取量子比特的初始时间演化。我们发现，初始时间的演化，这是量子比特应用的基本，从系统的长时间动力学的波动。我们提取的量子比特的失相，松弛和泄漏的错误的概率。使用Davies模型来描述环境简化了噪声分析。它允许我们构建简单的玩具模型，这些模型可以精确地描述错误概率。
2013-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Squeezed hole spin qubits in Ge quantum dots with ultrafast gates at low power
平面锗异质结构中的空穴自旋量子比特是可扩展量子计算机的前沿平台之一。在这些系统中，自旋轨道相互作用允许有效的全电量子位控制。我们提出了一个最小的设计修改的平面设备，增强这些相互作用的数量级，并使低功耗超快量子比特操作在GHz范围内。我们的方法是基于一个不对称的潜力，强烈挤压量子点在一个方向上。这种约束诱导的自旋轨道相互作用不依赖于器件的微观细节，如生长方向或应变，并且可以在最先进的量子位中按需打开和关闭。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lagrange mesh and exact diagonalization for numerical study of semiconductor quantum dot systems with application in singlet-triplet qubits
我们提出了一个高度灵活的计算方案，用于研究二维半导体量子点中受任意外势约束的关联电子。该方法首先对单粒子态进行拉格朗日网格计算，然后计算它们之间的库仑相互作用矩阵元，并将两者结合在多体哈密顿量的精确对角化中。我们将该方法应用于双量子点单重态-三重态量子比特的模拟。我们模拟了一个单重态-三重态量子比特的全量子控制和动力学。我们还使用我们的方法提供了一个精确的对角化的第一性原理模型研究两个单重态-三重态量子比特和他们的电容耦合通过长距离库仑相互作用。
2013-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Qubits in Multi-Electron Quantum Dots
我们研究了介观涨落对量子点自旋量子比特交换操作中可能发生的误差大小的影响。通过常数相互作用模型，利用实际参数，研究了中等尺寸的双量子点，每个量子点中的电子数在几十个范围内。据发现，具有短脉冲和小误差的约束意味着保持精确的控制，在百分之几的水平，几个电极电压。在实践中，每个点应该调整的独立参数的数量取决于配置，范围从一到四。
2004-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Tunneling by Adiabatic Passage of an exchange-only spin qubit in a double quantum dot chain
提出了一种基于绝热通道相干隧穿（CTAP）的方案，在线性排列的双量子点链中实现自旋量子量子态的交换。量子位的逻辑状态通过采用限制在双量子点中的三个电子的自旋状态来定义。完全通过电操作来获得门操作的可能性使得该量子位在用于实现量子算法的量子计算领域中成为有价值的架构。研究了外控制参数的影响以及退相对链中相干隧穿的影响。在绝热输运过程中，在一个恒定的能量简并本征空间内，链内部的双量子点中的态不被填充，而外部的混合态的瞬态布居被预测。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exact CNOT Gates with a Single Nonlocal Rotation for Quantum-Dot Qubits
研究了基于量子点的电容耦合双量子比特量子门。对于仅交换编码的量子比特，电子自旋$S$及其投影$S_z$是精确的量子数。量子位之间的电容耦合，与量子位间交换不同，保留了这些量子数。我们证明，无论是分析和数值，个别量子比特的自旋守恒有显着的效果上的两个量子比特门的性能。通过改变单个量子比特的能级分裂，$J_a$和$J_b$，以及量子比特间的耦合时间$t$，我们可以找到无限多个三元组$(J_a, J_b, t)$，对于这些三元组，两个量子比特的纠缠结合适当的单量子比特旋转，可以产生一个精确的CNOT门。这种说法对于实际上任意大小和形式的电容性量子位间耦合都是正确的。我们的研究结果有望大大减少量子线路中非局域（两量子比特）操作的数量。
2015-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
A fast "hybrid" silicon double quantum dot qubit
我们提出了一个量子点量子位架构，具有一个有吸引力的组合的速度和制造简单。它由一个双量子点组成，一个量子点中有一个电子，另一个量子点中有两个电子。量子位本身是一组两个状态，总自旋量子数为$S^2=3/4$（$S=\half$）和$S_z = -\half$，在双占据点中，两个不同的状态是单线态和三线态。该架构是相对简单的制造，一组通用的快速操作可以实现电气，和系统具有潜在的长的退相干时间。这些都是在量子信息处理设备中使用的非常有吸引力的性质。
2011-10-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity gates in quantum dot spin qubits
已经提出了几种逻辑量子比特和量子门用于由施加到顶栅的电压控制的半导体量子点。不同的计划可能很难进行有意义的比较。在这里，我们开发了一个理论框架，以平等地评估不同的量子比特门控方案。我们将该方法应用于两种类型的双点量子比特：单重态-三重态（ST）和半导体量子点混合量子比特。我们研究了三种翻转量子比特状态的量子门：DC脉冲门，基于逻辑量子比特共振（LQR）的AC门，以及被称为受激拉曼绝热通道（STIRAP）的类似门的过程。这些门都是由交换相互作用介导的，该交换相互作用是使用点间隧道耦合$g$和失谐$ε$实验控制的，失谐设置了点之间的能量差。我们的程序有两个步骤。首先，我们优化门保真度（$f$）固定$g$作为其他控制参数的函数，这产生了一个$f^\text{opt}(g)$，是通用的不同类型的门。接下来，我们确定对控制参数的物理约束;这产生了特定于量子位门组合的上限$f^\text{max}$。我们表明，类似的门结晶度（$ \sim 99.5$ %）应可达到ST量子位在同位素纯化的硅，和混合量子位在天然硅。由于核自旋产生的波动磁场$ΔB$，GaAs器件获得了相当低的结晶度。
2013-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast readout of quantum dot spin qubits via Andreev spins
本文提出利用量子点与Andreev自旋量子比特间的电可调耦合，实现微秒以下的高保真快速读出，且可关闭耦合以减少串扰，兼容锗器件，助力可扩展量子计算。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probabilistic teleportation of a quantum dot spin qubit
半导体量子点中的电子自旋是实现量子计算的重要手段，目前已经实现了高保真度的单量子比特和双量子比特操作。量子隐形传态是一种利用量子纠缠的三量子比特协议，它是实现更复杂量子算法的基本手段。本文利用泡利不相容原理，对三量子点量子点中的单电子自旋量子比特进行直接Bell测量，实现量子隐形传态。单自旋极化从输入量子比特传送到输出量子比特的保真度为0.91。我们发现这种保真度主要受单重态三重态混合的限制，通过优化器件参数可以改善这种保真度。我们的结果可以推广到具有更多半导体自旋量子比特的量子算法。
2020-11-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling Spin Qubits in Quantum Dots
我们回顾了自旋电子学在量子计算中的进展，其中量子比特（qubit）是用电子自旋实现的。我们计算了耦合量子点的交换相互作用，并给出了实验，其中交换耦合是通过传输来测量的。然后，单自旋点上的实验进行了描述，其中长自旋弛豫时间，在毫秒的顺序，观察。我们认为自旋轨道相互作用的自旋退相干的来源，从理论上发现，也长的退相干时间预期。此外，我们描述了使用量子点的自旋过滤的概念，并显示成功的实验数据。我们还展示了自旋量子位的读出方案的实现，并定义了如何以高精度测量量子位。然后，我们提出了新的实验，其中自旋退相干时间和拉比振荡的单电子可以通过量子点的电荷输运测量。最后，这些研究成果在传统信息处理和量子信息处理方面都有着广阔的应用前景。
2004-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Dots / Spin Qubits
半导体量子点中的自旋量子比特代表了构建量子计算机的一个重要的固态量子比特家族。当电子或空穴被限制在半导体的静态势阱中时，它们就形成了，这给了它们一个量子化的能谱。最简单的自旋量子比特是位于量子点中的单电子自旋，但已经开发了许多其他品种，有些在多个量子点中包含多个自旋，每种都有不同的优点和缺点。虽然这些自旋在许多方面都是简单的量子系统，但由于它们的半导体环境，它们也会经历复杂的影响。它们可以根据它们的配置由磁场和电场两者控制，并且因此由磁场和电场噪声去相位，其中不同类型的自旋量子比特具有不同的控制机制和噪声可分辨性。虽然最初的实验主要是在砷化镓（GaAs）基材料中进行的，但硅量子比特已经有了很大的发展，并且对金属氧化物半导体（Si-MOS）、硅/硅锗（Si/SiGe）异质结构和硅中施主的量子比特的研究也在进行中。越来越多的自旋量子比特种类已经获得了足够低的错误率，以与单量子比特门的量子纠错兼容，并且已经在几个中执行了双量子比特门，成功率或准确率为90- 95%。
2022-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Double-dot interferometer for quantum measurement of Majorana qubits and stabilizers
基于Majorana量子比特量子测量和表面码稳定器的需要，分析了双点干涉仪在环境噪声影响下的性能。双点设置设计允许在主方程方法内考虑通过马约拉纳岛的点之间的完整多个隧穿过程。在共同隧穿制度，这导致在点之间的马约拉纳介导的有效耦合，主方程的方法使我们能够获得测量电流的解析解。测量质量，其特征在于品质因数，如测量信号的可见性，是关于不寻常的退相干效应，而不是“哪一个路径”的移相。在这项工作中获得的结果预计将是有用的马约拉纳量子比特和稳定剂测量的未来实验。
2020-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin swap gate in the presence of qubit inhomogeneity in a double quantum dot
从理论上研究了量子比特不均匀性对量子比特交换逻辑门的影响，量子比特交换逻辑门是量子计算机操作的重要组成部分。我们的重点是在同时存在量子点捕获电子自旋的塞曼不均匀性和双量子点中交换耦合的有限时间斜升的情况下，构造一个用于交换操作的鲁棒脉冲序列。我们首先给出了自旋交换操作的几何解释，将两个量子比特的操作映射到一个单量子比特的旋转上。然后，我们表明，在这个几何图片的平方脉冲序列可以很容易地设计执行交换存在塞曼不均匀性。最后，我们调查如何有限的斜升时间的交换耦合$J$的交换门序列的性能产生负面影响，并显示如何纠正的问题数值。
2004-11-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fully tunable hyperfine interactions of hole spin qubits in Si and Ge quantum dots
空穴自旋量子比特是可扩展量子计算机的前沿平台，但最先进的设备受到来自与核缺陷的超精细相互作用的噪声的影响。我们发现，这些相互作用具有高度可调的各向异性，这是由设备设计和外部电场控制。这种可调谐性使得超精细噪声被抑制了一个数量级并且与同位素纯化的材料相当的最佳点成为可能。我们确定了令人惊讶的简单设计，其中量子位是高度相干的，并且在很大程度上不受电荷和超精细噪声的影响。我们发现，细长量子点典型的大自旋轨道相互作用不仅加快了量子位操作，而且还显着地重新规范化超精细噪声，定性地改变了驱动量子位的动力学，提高了量子位门的保真度。我们的研究结果可以作为设计高性能量子比特以扩大量子计算机的指导方针。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
A trilinear quantum dot architecture for semiconductor spin qubits
针对半导体自旋量子比特规模化缺乏可扩展互连方案的问题，提出物理布局简单、可独立布线且连通性优于二维方格的三线性量子点架构，结合三维集成低温CMOS控制方案，为百万级自旋量子比特系统研发提供兼容现有半导体技术的可行框架。
2025-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transfer of a quantum state from a photonic qubit to a gate-defined quantum dot
将功能良好、可扩展的静止量子比特和光子量子比特互连起来，可以大大推进量子通信应用，并有助于连接未来的量子处理器。在这里，我们提出了两个协议，用于将光子量子比特的状态转移到单自旋和双自旋量子比特中的门定义量子点（GDQD）。这两种协议都是基于使用局域激子作为光子和自旋量子位之间的中介。我们使用有效的汉密尔顿模型来描述由激子和GDQD形成的混合系统，并应用简单但现实的噪声模型来分析所提出的协议的可行性。使用现实的参数，我们发现，协议可以完成的成功概率范围在85- 97%之间。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Production of multipartite entanglement for electron spins in quantum dots
我们提出了如何利用系统中自然存在的单量子比特旋转和两量子比特海森堡交换相互作用在量子点链中产生真正的电子自旋量子比特的多体纠缠。我们表明，所需的操作，以产生纠缠态的GHZ-，集群和W-型的尺度与量子比特的数量呈线性关系的最小数量，并估计所产生的纠缠集群状态的量子数。由于所需的单量子比特和双量子比特操作最近已经实现，我们提出的方案开辟了与电子自旋量子比特的多体纠缠的实验研究的方式。
2007-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Deterministic entanglement between a propagating photon and a singlet--triplet qubit in an optically active quantum dot molecule
双电子带电自组装量子点分子具有避免退相干的单重态-三重态量子比特子空间和有效的自旋-光子界面。我们证明了发射事件后，发射的光子和自旋量子比特之间的量子纠缠。我们测量了与完全纠缠态的重叠为$69.5\pm2.7\,\%$，超过了证明系统密度矩阵不可分性所需的$50\,\%$阈值。光子量子比特被编码在两个光子状态中，其能量差大于现有探测器的定时分辨率。我们设计了一种新的外差检测方法，使这样的光子颜色量子比特沿布洛赫球上的任何方向的投影测量。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tomography of a spin qubit in a double quantum dot
我们研究了一系列的方法来执行断层扫描在固态量子位器件，其中先验初始化和测量的量子位被限制到一个单一的基础的布洛赫球。我们探索和比较几种方法来获得精确的描述额外的状态和测量，量化随机和系统误差，最终导致一个完整的一套，可以随后用于过程层析成像。虽然我们的方法是相当一般的，但我们的重点是在GaAs双量子点中由两个电子自旋的单重态-三重态子空间形成的自旋量子比特的例子。
2013-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamic sweet spot of driven flopping-mode spin qubits in planar quantum dots
本文研究平面双量子点翻腾模式自旋量子比特在电噪声下的驱动操控，提出离共振驱动可抑制电荷噪声并产生动态甜点，从而显著提升量子门保真度，并揭示二阶动态甜点的可调性。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise-Protected Gate for Six-Electron Double-Dot Qubits
在中等磁场中，六电子双量子点中的单重态-三重态自旋量子比特可以表现出对电荷噪声的优异免疫性。这种免疫力来自圆形量子点的第二能量层中轨道的对称性：在这个层中的单重态和三重态具有相同的电荷分布。我们的相位门模拟，其中包括$1/f$电荷噪声波动的陷阱，表明这种对称性是最有效地利用，如果栅极操作之间的甜蜜点深（3，3）和（4，2）的电荷稳定区域迅速切换;预测非常接近一，如果可以进行亚纳秒切换的结晶度。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically controlled phase gate for two spin qubits in coupled quantum dots
我们提出了一个可行的方案，在相邻的自组装量子点中的两个传导电子自旋量子比特之间实现光控相位门。点之间的相互作用是介导的隧穿的价空穴状态，这是激活，只有通过施加正确的偏振和频率的激光脉冲。结合空穴隧穿和泡利阻塞效应，我们得到了两个量子点的条件动力学，这是我们门操作的本质。我们的研究结果与最近一代垂直堆叠自组装InAs量子点明确相关，并表明通过避免意外动力学的设计，理论上可以在10 ps范围内实现门，保真度超过90%。因此，我们的提议为量子点中的超快量子逻辑的演示提供了一条可行的途径。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
