Distributed quantum information processing via single atom driving
提出了一种基于光纤-腔-原子系统的量子纠缠态分布和量子态转移的非传统方案。该方案的主要特点是光子的虚激发，在只对中间腔中的原子进行一步操作的条件下，在边缘腔中的两个原子之间产生QESD和QST。在整个方案中，没有对边缘腔中的两个原子进行实际操作。讨论了该格式对操作缺陷和耗散的鲁棒性，结果表明系统保真度始终保持在较高的水平。最后，实验的可行性是合理的，使用实验室可用的值。
2019-05-23 quant-ph
Quantum State Protection in Cavities
我们展示了如何在腔中的辐射模式的初始准备的量子态可以被保存很长一段时间使用的反馈方案的基础上注入适当准备的原子。我们提出了一个反馈方案，光学腔，它可以连续监测的光电探测器，和微波腔，它只能间接监测通过检测原子与腔场相互作用。我们还讨论了将这些方法应用于量子信息处理中去相干控制的可能性。
1998-03-17 quant-ph
Scattering model description of cascaded cavity configurations
级联光学腔出现在各种量子信息处理方案中，其中原子量子位位于由光子互连的单独腔中作为飞行量子位。通常的理论描述依赖于耦合模哈密顿方法。在这里，我们调查系统的级联腔没有模式分解，通过使用散射模型的方法，并确定的有效性制度的耦合模模型。
2014-04-30 quant-ph
Correlation and Entanglement dynamics for two atoms distributed in two isolated thermal cavities
研究了两个二能级原子在两个孤立热腔中的关联动力学，原子态初始制备在最大纠缠的零激发和二激发叠加态中.利用Schatten一范数几何量子不协调和并发两种非经典测度，分析了两个腔中平均光子数相同或不同时两个原子的关联动力学.我们发现，虽然这两种措施的相关动力学有不同的特点，他们有相同的特性，在某些特定的时间，当非经典相关是对热光子数的鲁棒性。这一结果在量子信息处理和量子计算中可能具有重要意义。
2018-12-13 quant-ph
Cryogenic spectroscopy of ultra-low density colloidal lead chalcogenide quantum dots on chip-scale optical cavities towards single quantum dot near-infrared cavity QED
我们提出的证据腔量子电动力学从稀疏密度的强量子限制的Pb-硫族化物纳米晶体（1和10之间）接近单点水平适度高Q介观硅光学腔。在重要的近红外（1500 nm）波长下工作，从器件中观察到大的增强，并实现了QD发射的强烈修改。在77 K下观察到耦合量子点的饱和光谱，突出了量子信息处理的修改后的量子动力学。
2009-11-09 quant-ph
Cavity QED Photons for Quantum Information Processing
基于多模多能级Jaynes-Cummings模型和多光子共振理论，在腔中编码双轨量子比特，实现了一组通用的两量子比特和三量子比特门，即iSWAP门和Fredkin门.用这种方法，信息被存储在腔中，非共振原子能级被有效二能级哈密顿量的半经典理论消除。另一个半经典模型，即自旋- $J$模型，已被引入，使一个完整的人口反转水平的利益已经实现和周期性的多级多光子模型已经执行。这两个半经典模型的结合已经被用来处理二能级、三能级、四能级甚至五能级结构。已经研究了退相干过程对iSWAP和Fredkin门的保真度的影响。
2014-07-02 quant-ph
Perfect Quantum State Transfer in Glauber-Fock Cavity Array
研究了单光子在耦合强度满足平方根定律的一维有限格劳伯-福克腔阵列中的传输。如果腔是共振的，阵列中的演化态可以映射到上截断相干态。共振频率的适当选择提供光子在阵列中的任何两个腔之间的完美传输。光子的完美转移允许腔之间的完美量子态转移。我们的研究结果有助于在光子晶格中实现量子通信和信息处理。
2020-01-09 quant-ph
Photonic Controlled-Phase Gates Through Rydberg Blockade in Optical Cavities
提出了一种利用原子系综里德伯阻塞实现高保真光子控制相位门的新方案。门操作是通过首先将光子脉冲存储在系综中，然后从腔散射第二脉冲来获得的，导致相位变化取决于第一脉冲是否包含单个光子。我们表明，里德堡封锁和光学腔的结合有效地增强了强里德堡相互作用产生的光学非线性，从而降低了对光子量子门的要求。由此产生的门可以用中等精细度的腔来实现，这允许对光子中编码的量子信息进行高效处理。作为一个特殊的例子，我们展示了如何使用门来提高基于原子系综的量子中继器的通信速率。
2015-09-15 quant-ph
Generating entanglement between two-dimensional cavities in uniform acceleration
移动腔有望成为相对论性量子信息处理的合适系统。已经表明，惯性和均匀加速的一维腔可以通过让原子在穿过腔时发射激发而变得纠缠，但是加速降低了产生纠缠的能力。我们表明，在二维的情况下，产生的纠缠不仅受到腔的加速度，但也由其横向尺寸起着有效质量的作用。
2015-09-19 gr-qc quant-ph
Quantum phase modulation with acoustic cavities and quantum dots
在微波频率下对光进行快速、高效和低功率调制对于芯片级经典和量子处理以及超导量子处理器的远程网络至关重要。一个成功的方法来弥合微波和光子之间的差距一直是使用中间平台，如声波，它可以有效地耦合到各种量子系统。在这里，我们使用千兆赫兹频率聚焦表面声波腔GaAs压电耦合到超导电路和参数耦合，通过应变，从InAs量子点散射的光子。我们证明了强调制的单光子的半波电压低至44 mV，和亚自然调制边带线宽。这些示范铺平了道路，有效和低噪声的量子信息之间的微波和光域的转导。
2021-12-17 quant-ph
One- and two-dimensional photonic crystal micro-cavities in single crystal diamond
固态光子量子技术的发展对于光与物质相互作用和量子信息科学的基础研究具有重要意义。金刚石已被证明是一种有吸引力的材料，用于集成量子信息处理，这是由于其色心的非凡性质，例如能够实现明亮的单光子发射和自旋量子比特。为了控制发射的光子并互连远距离的量子比特，需要在金刚石材料中直接制造微腔。然而，到目前为止，在高质量金刚石中生产光子器件一直是一个挑战。在这里，我们提出了一种方法来制作一个和二维的光子晶体微腔的单晶金刚石，产生的品质因数高达700。使用后处理蚀刻技术，我们调整腔模式到与硅空位中心的合奏的零声子线共振，并测量强度增强2.8倍。与小模体积光子晶体腔的可控耦合为基于单晶金刚石的更大规模光子量子器件铺平了道路。
2011-09-21 physics.optics quant-ph
Transferring multipartite entanglement among different cavities
量子纠缠（或量子相干性）的传递不仅是量子力学的基础，而且在量子信息处理中也具有重要意义。本文提出了一种实现量子比特的$W$类纠缠态在不同腔之间相干传输的方法。因为在每个腔中没有光子被激发，所以在传输期间由光子衰减引起的退相干被抑制。此外，该方案只需要一个耦合量子比特和一个操作步骤，不使用经典脉冲，大大降低了工程复杂度，简化了操作。我们进一步给出了数值分析，表明高保真传输的三量子比特$W$状态是可行的，在目前的电路QED技术。该提议可以应用于各种量子比特的广泛物理实现，例如量子点，氮空位中心，原子和超导量子比特。
2016-02-24 quant-ph
Semiconductor-on-diamond cavities for spin optomechanics
针对金刚石悬浮器件加工难和易发热问题，提出无需底部掏空的半导体-金刚石平台，设计出兼具高耦合与低耗散的光力学晶体腔，实现了与金刚石自旋量子比特的光力学耦合，为量子信息处理器件提供了新途径。
2023-02-09 physics.optics quant-ph
Shortcuts to adiabatic passage for multiparticle in distant cavities: Applications to fast and noise-resistant quantum population transer, entangled states' preparation and transition
本文基于“Lewis-Riesenfeld不变量”方法，在远腔量子电子动力学（QED）系统中，通过构造多粒子绝热通过捷径（STAP），研究了快速抗噪声的布居转移、量子纠缠态制备和量子纠缠态跃迁。数值模拟表明，所有方案都具有快速性和对原子自发发射和光子泄漏引起的退相干的鲁棒性。此外，不仅总的操作时间，而且在每个方案的抗退相干的鲁棒性是无关的量子比特的数量。这可能会导致一个有用的一步，实现快速和抗噪声的量子信息处理在当前的技术。
2014-09-26 quant-ph
Pulse shaping by coupled-cavities: Single photons and qudits
腔与量子网络的动态耦合是基于腔量子电动力学的分布式量子信息处理方案的重要研究内容。这可以通过主动调谐中介原子-腔系统来实现。特别地，我们考虑了两个耦合腔之间的动态耦合，每个腔与一个二能级原子相互作用，通过调谐其中一个原子来实现。一个原子场系统可以被控制成与其对应物最大和最小耦合，从而允许高保真激发约束、Q开关和可逆态传输。作为一个应用程序，我们首先表明，简单的调谐可以导致发射近高斯单光子脉冲，这是显着不同的，从通常的指数衰减在一个被动腔为基础的系统。详细的数值模拟研究了腔损耗和原子自发发射的影响，显示了这些方案的实用性，在目前的实验技术范围内的固态环境。然后，我们表明，当该技术被用于一个扩展的耦合腔方案，涉及多能级原子，任意的时间叠加的单光子可以在一个确定性的方式工程。
2009-09-10 quant-ph
Single-step multipartite entangled states generation from coupled circuit cavities
Green-Horne-Zeilinger态是一种典型的多体纠缠态，在量子信息处理中起着重要的作用。对于多体纠缠态的产生，单步方法更可取，因为所需的时间不会随着量子比特数的增加而增加。然而，这种情况有一个严格的要求，即所有的两个量子比特的相互作用强度应该是相同的，否则生成的状态将是低质量的。在这里，我们提出了一个方案，用于产生超导量子比特的多体纠缠态，从一个耦合电路腔的情况下，我们严格实现的要求，通过添加一个额外的z方向的交流经典场为每个量子比特，导致单个量子比特腔耦合强度可调在一个很大的范围内，从而可以调整到相同的值。同时，为了得到我们想要的多量子比特相互作用，我们还引入了x方向的交流经典场。通过选择适当的参数，我们数值计算表明，可以产生高保真度的多量子比特GHZ态。此外，我们还表明，耦合腔的情况下是优于一个单一的腔的情况。因此，我们的建议代表了一个有前途的替代多体纠缠态的产生。
2019-03-27 quant-ph
Strategies and trade-offs for controllability and memory time of ultra-high-quality microwave cavities in circuit QED
针对三维超高品质微波腔因大模式体积导致控制效率低且易受反向 Purcell 效应影响的问题，提出利用最先进的 transmon 和 SNAIL 器件实现秒级寿命腔体高效读写与存储的协议及路线图。
2024-03-23 quant-ph
Photonic Crystal Cavities from Hexagonal Boron Nitride
可扩展的量子光子技术的发展需要在芯片上集成诸如具有非经典光源的光子晶体腔和波导的组件。最近，六方氮化硼（hBN）已成为一个有前途的平台，纳米光子学，双曲声子极化激元和光学稳定，超亮量子发射器的报告。然而，在可扩展的片上纳米光子电路、量子信息处理和腔量子电动力学（QED）实验中利用hBN需要用于制造单片光学谐振器的稳健技术。在这封信中，我们设计和工程高品质的光子晶体腔从hBN。我们采用两种方法的基础上的聚焦离子束方法和微创电子束诱导蚀刻（EBIE）技术，制造悬浮的二维（2D）和一维（1D）的腔质量（Q）因子超过2000。随后，我们通过直接写入、单步EBIE展示了单个腔的确定性、迭代调谐，而不会显着降低Q因子。由hBN制成的可调谐高Q腔的展示是基于范德华材料的纳米光子学的前所未有的进步。我们的研究结果和hBN处理方法为固态系统开辟了有前途的新途径，可应用于集成量子光子学，极化激元学和腔QED实验。
2018-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
On-chip quantum information processing with distinguishable photons
多光子干涉是光子量子技术的核心。集成腔阵列可以支持具有高纯度和小占地面积的单光子的明亮源，但是从不相同腔产生的光子之间不可避免的光谱可分辨性是缩放的障碍。原则上，这个问题可以通过测量具有高时间分辨率的光子来缓解，这通过时间-能量不确定性关系来消除光谱信息。在这里，我们实验证明，检测可以实现与时间分辨率足以干涉光子失谐的规模上所需的基于腔的集成光子源。通过将系统的有效定时分辨率从200 ps增加到20 ps，我们观察到来自失谐6.8GHz的集成微环谐振器源的独立光子之间的量子干涉的可见性增加了20%。我们继续展示如何时间分辨检测非理想光子可以用来提高纠缠操作的保真度，并减轻玻色子采样实验中的计算复杂性的降低。这些结果为在不需要主动对准的情况下利用多光子源进行光子量子信息处理铺平了道路。
2022-10-18 quant-ph
Coupling of PbS Quantum Dots to Photonic Crystal Cavities at Room Temperature
我们演示了室温下PbS量子点发射到光子晶体腔的耦合。空腔被限定在氧化的AlAs顶部的33%Al，AlGaAs膜中。将量子点溶解在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中并在腔体的顶部上旋转。量子点发射被示出映射出的结构共振，并可能被证明是可行的来源室温腔耦合单光子产生的量子信息处理应用。这些结果还表明，这种市售的量子点可用于无源结构表征。该沉积技术是通用的，并且允许具有不同点密度和发射波长的层被重新沉积在同一芯片上。
2005-05-14 physics.gen-ph physics.optics quant-ph
Quantum processing by adiabatic transfer through a manifold of dark states
我们考虑一个网络的节点是电磁腔，每个耦合到一个三能级原子。节点通过光纤连接。每个原子都由一个控制激光器寻址，该激光器与腔场一起驱动原子跃迁。该网络可以是由$N_B$纤维连接的$N$腔的链或二维和三维阵列的形式。在Pellizzari关于双腔系统的工作的基础上，我们发现在一定条件下，该系统存在两种暗态。第一类是对应于每个节点上原子激发的$N$态，这些是我们用于量子处理的逻辑态。第二类是由纤维连接的成对点上的$N_B$简并暗态。通过操纵腔上控制激光的强度和相位，由于它们的简并性，人们可以在这些暗态之间自动地通过。该网络作为$N$级量子系统运行，其中可以通过外部控制协议生成计算上有用的状态。我们获得了小链和晶格的数值结果，以展示一些量子操作，如跨阵列的状态传输，W-状态和傅立叶类状态的产生。我们还讨论了耗散的影响和模型的局限性。
2012-02-02 physics.optics quant-ph
Generating entanglement between microwave photons and qubits in multiple cavities coupled by a superconducting qutrit
讨论了如何利用超导量子比特耦合的四个\textrm{microwave}共振器\textrm{(a.k.a. cavities)}产生纠缠相干态。我们还展示了四个超导量子位嵌入四个不同谐振器\textrm{can be created with this scheme}的GHZ态\textrm{that}。原则上，可以扩展\textrm{the proposed method}以创建$n$谐振器的纠缠相干态，并制备分布在量子网络中的$n$腔上的$n$量子位的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。此外，注意，由耦合器量子比特耦合的四个谐振器可以用作基本电路块以构建二维量子网络，这对于可扩展的量子信息处理是有用的。
2013-07-04 cond-mat.supr-con quant-ph
3D microwave cavity with magnetic flux control and enhanced quality factor
具有大模体积的三维（3D）超导微波腔通常具有高品质因数（$>10^6$）。这是由于对表面介电损耗的灵敏度降低，表面介电损耗是二维传输线谐振器中的耗散的限制源。近年来，三维微波腔被广泛应用于超导量子比特的耦合和相互作用，为量子信息处理和混合量子系统提供了一个通用的平台。目前出现的问题是3D超导腔不允许对嵌入这些腔中的量子位进行磁场控制。相比之下，由普通金属制成的微波腔可以对磁场透明，但是经历低得多的品质因数（$\sim 10^4$），这否定了3D架构的许多优点。在尝试创建桥接这两种类型的腔之间的间隙的具有磁场控制和高品质因数的装置时，我们创建了混合3D腔。这个新腔体主要由铝组成，但也包含一个小的铜插入件。我们测得的混合腔的内部品质因数为$102000$，这是一个数量级的改善，所有以前测试的铜腔。我们的混合腔具有的额外好处是，它还提供了一个改进的热链接到样品，超导腔单独不能提供。为了证明腔体内的精确磁控制，我们对放置在腔体中的三个超导量子比特进行了光谱分析，其中每个量子比特的频率的单独控制是通过连接到腔体的小线圈来实现的。这种三维混合腔在品质因数和磁场控制方面有了很大的改进，使其成为一种有吸引力的电路量子电动力学实验新平台。
2016-03-24 quant-ph
Cavity QED and quantum information processing with "hot" trapped atoms
提出了一种在高Q腔中实现腔QED和量子信息处理的方法。由于原子的热运动，该系统超出了Lamb-Dick极限。我们的方法是基于绝热通道，这使得相关的动力学不敏感的原子位置的随机性与适当的相互作用配置。从近似解析计算和精确数值模拟两个方面证明了该方法的有效性。我们还讨论了各种应用这种方法的基础上，目前的实验技术。
2002-08-08 quant-ph
Generating multipartite entangled states of qubits distributed in different cavities
基于腔的大规模量子信息处理（QIP）需要大量的量子比特，将所有量子比特置于单个腔中会遇到腔衰减率增加、量子比特-腔耦合强度降低等基础和实际问题。因此，未来的QIP很可能需要由大量腔体组成的量子网络，每个腔体托管并耦合到多个量子位。在这项工作中，我们提出了一种方法来制备一个$W$类纠缠态的空间分离的多个量子比特在不同的腔，这是连接到一个耦合器量子比特。由于没有腔光子被激发，在纠缠制备过程中由腔衰减引起的退相干被大大抑制。该方案只需要一个耦合器量子比特和一个操作步骤，并且不需要使用经典脉冲，从而大大降低了工程复杂度并大大简化了操作。作为实验实现的一个例子，我们进一步给出了一个数值分析，这表明，高保真的$W$态的产生使用三个超导相位量子位，每个嵌入在一个一维传输线谐振器是可行的，在目前的电路QED技术。该提议是相当普遍的，可以应用于其他类型的量子比特，如超导通量量子比特，电荷量子比特，量子点，氮空位中心和原子完成相同的任务。
2014-10-12 quant-ph
Lasing of donor-bound excitons in ZnSe microdisks
在ZnSe中，与氟原子结合的激子具有几种量子光学应用的潜力。例子包括用于量子信息处理和无反转激光的光学可访问量子存储器。这些应用要求束缚激子跃迁耦合到具有高协同因子的腔中，这导致了低阈值激光的实验观察。我们报告这样的激光从氟掺杂的ZnSe量子阱在3和6微米的微盘腔。光致发光和选择性光致发光光谱证实了激光是由于束缚激子跃迁。
2008-03-07 quant-ph
Recirculating Quantum Photonic Networks for Fast Deterministic Quantum Information Processing
DTU Electro, Technical University of Denmark（丹麦技术大学电气工程系）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学纳米光子学中心）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电气工程和计算机科学系）
提出循环量子光子网络架构，通过最小化处理时间降低对非线性相互作用速率的要求，实现多量子比特门和量子纠错的加速，提升硬件效率。
2026-06-11 quant-ph
Regularized linearization for quantum nonlinear optical cavities: Application to Degenerate Optical Parametric Oscillators
非线性光学腔在经典光学和量子光学中都是至关重要的;特别是，如今光学参量振荡器是最通用和可调谐的相干光源之一，也是连续可变区中最高质量量子相关光源。作为非线性系统，它们可以被驱动通过临界点，在临界点处，一个解决方案不再存在，而有利于一个新的解决方案，并且它靠近量子相关性最强的这些点。对这类系统最简单的描述是将量子场写成经典部分加上一些量子涨落，然后相对于后者线性化动力学方程;然而，这种方法在接近临界点时就失效了，在那里它提供了非物理的预测，例如无限光子数。另一方面，超越简单线性描述的技术变得过于复杂，特别是关于两次衰减器的评估，这对于计算腔外的观测量至关重要。本文以简并光学参量振荡器为例，给出了非线性腔的正则化线性描述，即产生物理结果的线性化过程。该方法，我们称之为自洽线性化，被证明是等价于一个一般的高斯anastomic系统的状态，我们比较其预测与可用的精确（或准精确）的方法。
2014-02-28 physics.optics quant-ph
A Realization Method for Transfer Functions of Linear Quantum Stochastic Systems Using Static Networks for Input/Output Processing and Feedback
线性量子随机系统（LQSSs）传递函数的实现问题对于此类系统的实际应用，特别是作为其他量子系统的相干控制器具有重要意义。到目前为止，解决这个问题的大多数作品都使用级联实现。在这项工作中，提出了一种新的方法，LQSS的传递函数是由一系列的预处理线性静态网络，减少LQSS，和后处理线性静态网络。前处理和后处理静态网络的引入使得中间简化的LQSS具有简单的输入/输出结构，该结构通过简单腔的级联来实现。通过一个线性静态网络的腔的反馈连接被用来产生正确的动力学减少系统。最终实现提供了一个很好的系统结构图。允许构建这种实现的关键数学工具是Krein空间中加倍矩阵的类SVD分解。说明性的例子提供的理论开发。
2016-09-07 math.OC quant-ph
Optomechanical-interface-induced strong spin-magnon coupling
提出在混合光机械腔-自旋-磁振子系统中利用光机械界面诱导强自旋-磁振子耦合，通过消除机械模式产生双模压缩并放大耦合强度，利用下支极化激元临界特性增强自旋-磁振子耦合，为固态量子信息处理提供新平台。
2023-03-22 quant-ph
Black Holes, Cavities and Blinking Islands
本文研究了腔体中Schwarzschild黑洞双侧延伸模型中纠缠熵与纠缠岛的演化，发现引入反射边界使纠缠熵饱和并避免Page信息悖论，同时揭示了边界引发的“闪烁岛”效应及短时信息悖论。
2024-12-20 gr-qc hep-th quant-ph
Entanglement generation and quantum information transfer between spatially-separated qubits in different cavities
腔量子电动力学的基本任务是产生和控制分布在不同腔中的空间分离量子比特的量子态。如何在不同腔中的量子比特之间制备纠缠态并实现量子信息传输是大规模量子信息处理中的一个重要问题。在本文中，我们考虑一个由两个腔和三个量子比特组成的物理系统。其中两个量子位被放置在两个不同的腔中，而剩下的一个充当耦合器，用于连接两个腔。提出了一种在两个空间分离的腔间量子比特之间产生量子纠缠并实现量子信息传输的方法。该方案中涉及的量子操作是通过虚光子过程进行的，因此在操作过程中腔衰减被大大抑制。此外，为了完成目前的任务，仅需要一个耦合器量子位和一个操作步骤。此外，由于不需要施加经典脉冲，因此大大降低了工程复杂度，并大大简化了操作过程。最后，我们的数值计算结果表明，使用超导相位量子比特和一维传输线谐振器的高保真实现这一建议的电流电路QED实现是可行的。这个提议也可以应用于其他类型的超导量子比特，包括通量和电荷量子比特。
2013-07-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Entangling superconducting qubits in a multi-cavity system
腔量子电动力学的重要任务是产生和控制分布在不同腔中的空间分离粒子的量子态。在这方面，一个有趣的问题是如何制备位于不同腔中的粒子之间的纠缠，这对于大规模量子信息处理是重要的。在这里，我们考虑一个多腔系统，其中腔耦合到一个超导（SC）量子比特，每个腔主机许多SC量子比特。我们发现，所有的腔内SC量子比特加上耦合器SC量子比特可以在纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态制备，通过使用一个单一的操作，而不需要测量。在不激发腔模的情况下产生GHZ态，从而大大抑制了由腔-光子衰减引起的退相干和不需要的腔间串扰对操作的影响。我们还介绍了两种简单的方法来纠缠腔内SC量子比特在GHZ态。作为一个例子，我们的数值模拟表明，它是可行的，与当前的电路QED技术，制备高保真GHZ态，多达9个SC量子比特通过使用SC量子比特分布在两个腔。该提议原则上可以用于实现分布在多个腔中的{ \it任意数量}的SC量子比特的GHZ状态。该提议是相当普遍的，可以应用于广泛的物理系统，腔内量子位是原子、NV中心、量子点或各种SC量子位。
2016-02-24 quant-ph
Quantum information processing with bosonic qubits in circuit QED
量子理论的独特性为信息处理提供了一个强有力的新范式。将这些数学抽象转化为有用的算法和应用需要具有显著复杂性和足够低错误率的量子系统。这种量子系统必须由鲁棒的硬件制成，该硬件可以相干地存储、处理和提取编码信息，并且具有有效的量子纠错（QEC）协议来检测和纠正错误。电路量子电动力学（cQED）为实现鲁棒量子器件提供了一个很有前途的硬件平台。特别是，cQED中使用超导腔的多光子状态来编码信息的玻色子编码已经成功地实现了硬件高效的QEC。在这里，我们回顾了最近的发展与玻色子码的量子纠错的理论和实现，并报告了实现容错量子信息处理与cQED设备的进展。
2021-04-12 quant-ph
Remote entanglement stabilization and distillation by quantum reservoir engineering
模块化架构中的量子信息处理需要量子比特网络中纠缠的分布、稳定和蒸馏。我们提出了两个超导量子比特之间的自主纠缠稳定协议，耦合到遥远的腔。腔之间的耦合通过三波混频装置来调节和控制，该三波混频装置根据施加到混频器的泵浦在远程腔之间产生双模压缩态或离域模式。量子位和腔体上的本地驱动器将系统转向并维持在所需的量子位贝尔状态。最奇怪的是，即使是弱压缩态也可以通过自主蒸馏过程稳定两个远距离量子比特的最大纠缠贝尔态。此外，我们表明，这种基于量子工程的协议可以稳定量子比特腔的不对称性和损失的存在下的纠缠。
2018-01-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangling homogeneously broadened matter qubits in the weak-coupling cavity-QED regime
在分布式量子信息处理中，飞行的光子会纠缠被限制在腔体中的物质量子比特。然而，当物质量子比特被均匀加宽时，腔QED通常需要强耦合机制，这在实际的实验装置中很难实现。在这里，我们表明，高保真纠缠操作是可能的，即使在弱耦合制度，其中阻尼（退相，自发发射，和腔泄漏）压倒量子比特和腔之间的相干耦合。我们的建议使得分布式量子信息处理能够使用比以前要求低得多的技术来执行。
2012-05-01 quant-ph
Dinosaur Photonic Crystal Cavity Interfaces for Color Center Coupling to Triangular Nanostructures
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Ferdinand-Braun-Institut gGmbH, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik（费迪南德·布劳恩研究所，莱布尼茨高频技术研究所）
本研究提出波纹状三角形Dinosaur光子晶体腔作为孔洞型光子晶体腔的替代方案，开发准无损耗锥形腔-波导界面实现Bloch模与波导模绝热转换，优化后可降低损耗并精确调控光与物质相互作用，适用于量子信息中色心与飞行光子量子比特耦合。
2025-10-30 physics.optics quant-ph
Multi-target-qubit unconventional geometric phase gate in a multi-cavity system
基于腔的大规模量子信息处理（QIP）可能涉及多个腔，并且需要对分布在不同腔中的量子位执行各种量子逻辑操作。基于几何相位的量子计算因其在克服计算误差和局部涨落方面的优势而受到广泛关注。此外，多量子比特门特别有吸引力，并在QIP中发挥重要作用。本文提出了一种在多腔系统中实现多目标量子比特非常规几何相位门的简单有效的方案。这种多量子位相位门具有一个共同的控制量子位，但不同的目标量子位分布在不同的腔中，这可以使用单步操作来实现。门操作时间与量子比特的数量无关，并且每个量子比特只需要两个级别。这种多量子比特门是通用的，例如，通过执行单量子比特操作，它可以被转换成两种类型的有效的多目标量子比特相位门，用于QIP和量子傅里叶变换。该提议是相当普遍的，可以用于完成一般类型的量子位（如原子，NV中心，量子点和量子位）的相同任务。
2015-06-19 quant-ph
Steady-state entanglement activation in optomechanical cavities
量子不和谐和一些相关的指标，目前正在提高无情的兴趣，作为一个新的范式，非经典相关超越纠缠。除了基本的方面，各种研究表明，不和谐是量子信息处理中一种宝贵的资源，但迄今为止还没有被探索。沿着这条线，一个相当引人注目的方案是{纠缠激活}。多体系统中两个分离的部分之间的初始不和谐会影响动力学，从而在两部分之间建立纠缠，否则不会出现这种情况。迄今为止，这种过程被证明只能动态地实现，即，在存在噪声的情况下不能保证稳定的纠缠吞吐量。在这里，我们发现了一个{ \it discord-activated机制产生稳态纠缠}生产在一个现实的连续变量设置。这包括两个耦合的光学机械腔，其中光学模式（OM）通过光纤进行通信。我们首先使用一个简化的模型来突出创建的稳态不和谐的OM之间。我们接下来表明，这种不和谐提高了系统中可达到的静态光机械纠缠的水平，使其对温度和热噪声更鲁棒。
2014-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Error characterization in Quantum Information Processing: a protocol for analyzing spatial correlations and its experimental implementation
我们提出了一个协议的错误表征和实验实现与4量子比特的液态NMR。该方法被设计为检索关于空间相关性和尺度的信息为$O(n^w)$，其中$w$是具有不可忽略的相互作用的量子位的最大数量。我们讨论了关于准确性和实施的实际方面。
2009-03-14 quant-ph
Generation and manipulation of nonclassical light using photonic crystals
光子晶体腔可以将光局域到具有高品质因数的纳米尺度体积中。这允许光和物质之间的强相互作用，这对于构造具有改进性质的经典光源（例如，低阈值激光器）和作为量子信息处理系统的关键硬件的非经典光源（例如单光子源和纠缠光子源）。本文将回顾我们最近在单量子点与光子晶体腔场相互作用以及多光子晶体器件集成到量子信息处理功能电路中的一些实验和理论结果。
2005-10-07 quant-ph
Design and Fabrication of Metal-Shielded Fiber-Cavity Mirrors for Ion-Trap Systems
针对集成微腔的离子阱系统存在的囚禁稳定性差、离子加热率高的问题，研究人员设计制备了金属屏蔽微腔镜，实现了单离子在腔内的稳定囚禁，加热率降低一个数量级以上，为可扩展量子网络的全集成离子-光子界面提供关键技术支撑。
2025-10-29 quant-ph
Nanomechanically induced transparency in $\mathcal{PT}$-symmetric optical cavities
本研究解析了$\u001b[1m\u001b[3mPT\u001b[0m$-对称光-纳米力学系统中的纳米力学诱导透明现象，揭示了库仑作用、纳米球半径对透明窗口的调控作用，及对称与破缺相下的转变行为，为光信号与量子信息处理提供了潜在方案。
2024-05-16 physics.optics quant-ph
Multiplexed telecom-band quantum networking with atom arrays in optical cavities
实现与电信波段操作和大规模量子信息处理兼容的基于物质的量子比特的量子网络节点是一个突出的挑战，限制了基本量子网络的潜力。我们提出了一个平台，用于将包括中性原子阵列的量子处理器与多路复用网络架构中的电信波段光子进行接口。使用大的原子阵列而不是单个原子减轻了双向通信的有害影响，并将两个节点之间的纠缠率提高了近两个数量级。此外，该系统同时提供了在每个节点内执行高保真确定性门和读出的能力，为量子中继器和纯化协议打开了大门，以分别增强网络的长度和保真度。使用中间节点作为量子中继器，我们证明了基于现实假设在大约1500公里范围内进行纠缠分发的可行性，为跨大陆网络提供了蓝图。最后，我们证明了我们的平台可以在大城市的距离上分布大约25个Bell对，这可以作为分布式容错量子计算机的骨干。
2021-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Nonreciprocal magnon blockade based on nonlinear effects
East China Jiaotong University（华东交通大学）
本文提出利用两个微波谐振腔和一个钇铁 garnet 球体构成的混合系统，通过非线性耦合实现非互易的非常规磁子阻塞，展示了非线性效应在单个磁子资源制备中的应用。
2026-04-28 quant-ph
Seamless high-Q microwave cavities for multimode circuit QED
多模腔量子电动力学-一个二能级系统同时与许多腔模相互作用-为量子信息处理和量子光学提供了一个通用的框架。由于长的相干时间和大的相互作用强度的组合，腔QED的领先实验平台之一涉及将超导电路耦合到3D微波腔。在这项工作中，我们实现了一个3D多模电路QED系统的单光子寿命为$2$ ms和合作的$0.5-1.5\times10^9$跨9个模式的一种新的无缝腔。我们展示了各种协议的通用单模量子控制适用于所有腔模式，只使用一个单一的驱动线。我们通过开发一种简单的长笛方法来实现这一目标，该方法用于创建单片超导微波腔，降低损耗，同时允许控制模式谱和模式-量子位相互作用。我们强调了这种技术的灵活性和易于实施，通过使用它来制造各种3D腔的几何形状，提供了一个模板，工程多模量子系统具有非常低的耗散。这项工作是实现硬件高效随机存取量子存储器和处理器的重要一步，也是探索光子量子多体物理的重要一步。
2020-11-11 cond-mat.supr-con quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出以光子数奇偶算符本征态编码光子量子比特，并借助耦合超导磁通三能级量子比特的多个微波腔单步实现可混合编码的多目标受控相位门，操作时间不随目标数增加且抑制退相干。
2023-06-04 quant-ph
Spin emitters beyond the point dipole approximation in nanomagnonic cavities
在从量子信息科学到自由基的纳米化学的广泛领域中，对发射体的自旋状态之间的跃迁速率的控制是至关重要的。我们提出了一种方法来驱动一个电和磁偶极子禁戒的自旋发射体的过渡，将其放置在一个纳米磁腔，需要一个描述的自旋发射体超越点偶极子近似和真空磁场的纳米磁腔与一个大的空间梯度的自旋发射体的体积。我们专门研究了金刚石中的SiV $^-$缺陷，其塞曼分裂基态包括用于固态量子信息处理的逻辑量子比特，耦合到作为能够将微波磁场集中到深亚波长体积中的模型纳米磁性腔的磁性纳米颗粒。通过对SiV $^-$自旋轨道的第一性原理模拟，我们计算了磁偶极允许跃迁和磁偶极禁戒跃迁的自旋跃迁密度，并计算了它们与纳米磁腔中各种多极模的耦合率.我们设想使用这样一个框架的量子态转导和自旋量子比特在GHz频率尺度的状态准备。
2020-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamical Casimir effect in superconducting cavities: from photon generation to universal quantum gates
本文探讨超导腔中动态卡西米尔效应（DCE）在电路量子电动力学（cQED）中的应用，包括其数学框架、cQED架构实现、对量子热机性能的影响及受控压缩门的实现，为量子信息处理提供新途径。
2025-04-15 cond-mat.other quant-ph
Coherent Manipulation of Multilevel Atoms for Quantum Information Processing
在量子信息处理中，量子腔通过提供原子量子比特和光子量子比特之间的信息传递机制，或者将单个原子与腔场的光模耦合，发挥着重要的作用。本文用$π$脉冲方法和绝热通过方法数值研究了原子+腔系统中的布居转移。虽然第一种方法是非常有效的转移原子布居的中间水平没有辐射衰减，第二种方法显示出非常有趣的非绝热，共振的性质，可以用来实现非常大的转移效率，而不需要非常大的拉比频率或非常长的相互作用时间。我们引入一个简单的分析模型来探索这些属性的起源和描述“定性”的幂律依赖的脉冲幅度和相互作用时间的产品的故障概率。我们还用绝热方法数值研究了两原子+腔系统中原子间相干性的转移。对于某些特定的对称性条件，我们表明，原系统的动力学可以研究作为一个对称和反对称系统的个人演化，分别与经典场和腔模相互作用，但相互交换原子的相干性。
2010-05-07 quant-ph
Optimization of circular cavities via guided-mode expansion method based inverse design
NC State University（北卡罗来纳州立大学）；University of Maryland（马里兰大学）；Institute of Research in Electronics and Applied Physics（电子与应用物理研究所）；Joint Quantum Institute（联合量子研究所）
本文提出利用引导模扩展方法进行反设计，优化圆形环形腔体以支持任意偏振，同时提升质量因子和远场模式性能，实现高协同性的光子-自旋接口。
2026-05-15 physics.optics quant-ph
Deterministic generation of polarization-entangled photon pairs in a cavity-QED system
我们提出了一个腔QED方案，可以确定性地产生Einstein-Podosky-Rosen偏振纠缠光子对。在经典的$π$偏振泵浦光场辅助下，一个四能级三脚架原子与两个具有偏振简并的高Q光学腔连续耦合。利用原子-腔系统中的受激拉曼绝热通过过程产生偏振纠缠光子对。该方案对原子的自发衰变具有很强的鲁棒性，在量子信息处理中具有潜在的应用价值。
2007-11-11 quant-ph
Indefinite causal order in cavity quantum electrodynamics
Tecnologico de Monterrey（蒙特雷科技大学）；Paderborn University（帕德博恩大学）
该研究在双腔构成的腔量子电动力学系统中探究不定因果序，发现其可在无直接相互作用的远距离腔场间产生纠缠、以概率1实现腔间光子交换且不改变原子态，展现了其在光-物质相互作用领域的应用潜力。
2026-10-07 quant-ph
Cavity QED based on strongly localized modes: exponentially enhancing single-atom cooperativity
本研究针对量子系统中单原子协同性提升的需求，利用腔QED系统模式的强局域效应，通过特殊几何腔的翼宽调节在不改变模式体积的前提下指数提升品质因数，克服传统亚波长腔的Q-V权衡，实现超长真空Rabi振荡与强光子阻塞，为量子相干操控及相关量子技术应用提供新途径。
2025-09-05 quant-ph
