Path-dependent initialization of a single quantum dot exciton spin in a nano-photonic waveguide
我们展示了一个平面内初始化和读出的单个激子自旋的InGaAs量子点（QD）耦合到GaAs纳米束波导的计划。QD和纳米束的光学模式的手性耦合使得在没有场的情况下，在磁场$B=1$ T和$\sim$ 0.9中能够实现自旋初始化和接近统一的读出保真度。我们进一步表明，这种面内激发方案是独立的入射激发激光偏振，只依赖于激发方向。该方案为量子信息应用中的光子介导自旋网络提供了一个鲁棒的面内自旋激发基础。
2016-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-Based Initialization and Fidelity in Correlated Open Quantum Systems
提出一个通用框架，通过门操作初始化开放量子系统，揭示门保真度中的自旋回波式误差抑制机制，并证明超快脉冲可引发长寿命激子相干性。
2025-09-25 quant-ph
High-fidelity initialization a logical qubit with multiple injections
针对表面码中非 Clifford 逻辑门容错实现需大码距、高开销的问题，本文提出利用多条可采用不同旋转角度的逻辑链进行多次注入的连续容错初始化方案，降低了码距要求与资源开销。
2025-02-05 quant-ph
Fast and high-fidelity state preparation and measurement in triple-quantum-dot spin qubits
该研究在Si/SiGe三量子点自旋量子比特中实现了快速高保真度的态制备与测量，通过全电学控制达到2.5×10⁻³的不保真度，为可扩展量子计算奠定基础。
2022-01-28 quant-ph
High-Efficiency, High-Fidelity Charge Initialization of Shallow Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
针对浅氮空位中心，提出一种基于多色激发的高效高保真电荷初始化协议，在300 μs内实现95%保真度，为纳米尺度传感应用扫除了态制备误差的扩展障碍。
2025-05-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Initialization of Neutral and Charged Exciton Spin States in a Telecom-Emitting Quantum Dot
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究通过准共振p壳激发方法，在电信波段实现中性激子和负三重态的自旋初始化，并测量空穴相干时间下限，提升其作为量子光子方案的候选资格。
2025-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entropy, fidelity, and double orthogonality for resonance states in two-electron quantum dots
采用实基函数变分展开法和复标度法研究了双电子量子点的共振态。两电子纠缠（线性熵）的计算作为在临界值的两侧，其中地面（绑定）状态成为共振（未绑定）状态的电子排斥的函数。线性熵和保真度和双正交函数进行比较，作为方法的共振能量的实部的测定。利用复标度理论引入了共振态的复线性熵。
2010-03-01 quant-ph
Transfer arbitrary photon state along a cavity array without initialization
提出了一种沿一维耦合腔阵列传输任意单模光子态的量子态传输方案。通过建立一个从CCA中的QST到自旋- $\frac{1}{2}$链中的QST的映射，我们证明了自旋链系统的QST方案的所有结果在CCA系统中的QST方案中得到了推广应用。此外，对于任意初始状态，可以实现沿长CCA的高保真QST。通过数值模拟，我们提供了一个可视化的结果：在某些时候$τ$的CCA系统得到高保真QST在不同的初始条件。最后，我们讨论可能的实验实现我们的QST计划。
2014-05-12 quant-ph
Beating the thermal limit of qubit initialization with a Bayesian Maxwell's demon
容错量子计算需要在明确定义的基准状态下初始化量子寄存器。在固态系统中，这通常是通过对冷储层的热化来实现的，使得初始化保真度基本上受到温度的限制。在这里，我们提出了一种方法来制备一个基准量子态的置信度超过热极限。它基于通过负结果测量对量子位的实时监测-相当于“麦克斯韦恶魔”，仅在最低能量状态下出现量子位时才触发实验。我们实验应用它来初始化硅中的电子自旋量子比特，实现了98.9（4）%的基态初始化保真度，对应于20 $\times$减少初始化错误相比，未监测的系统。接近99.9%的保真度可以通过实际改进放大器链的带宽或通过减慢来自储存器的电子隧穿速率来实现。我们使用一个核自旋辅助，在量子非破坏模式下测量，以证明电子初始化保真度的价值远远超过电子读出的固有保真度。然而，该方法本身不需要辅助工具来执行，从而节省了对额外资源的需求。初始化保真度的定量分析表明，一个简单的图片自旋相关的电子隧穿不正确描述的数据。我们的数字“麦克斯韦恶魔”可以应用于广泛的量子系统，对控制和检测硬件的要求最低。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Thermodynamics and Hierarchy of Quantum Correlations and Fidelity of Teleportation in a Two Coupled Double Quantum Dots
本文研究了两个耦合双量子点中的量子关联、保真度与量子热力学，发现量子关联层级与单向导引，证实其在量子隐形传态和提取功方面的优势，是量子信息处理的优质资源。
2023-10-25 quant-ph
All-electrically reading out and initializing topological qubits with quantum dots
我们分析了在一维半导体纳米线中，弱耦合到单能级量子点（QD）的拓扑量子比特的读取和初始化。结果表明，当通过调节门电压使Majorana费米子熔合时，可以通过量子点在一个能量窗口内的占据直接读出拓扑量子比特。量子比特的初始化也可以通过调节量子点上的栅极电压来实现，其中总费米子宇称守恒。因此，读取和初始化过程都可以以全电气方式实现。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Initialization by measurement of a two-qubit superconducting circuit
我们演示了初始化的联合测量的两个transmon量子比特在三维电路量子电动力学。利用约瑟夫森参量放大增强了对腔传输的零差探测，实现了对双量子位基态和单量子位激发态的无损分辨，保真度达98.1%。每个量子位4.7%剩余激发的稳态混合物的测量和后选择可实现对基态98.8%的保真度，从而优于被动初始化。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling an electron spin in a semiconductor quantum dot to an optical nano-cavity
我们提出了一个方案，有效地耦合一个单一的量子点电子自旋的光学纳米腔，这使我们能够同时受益于腔作为一个有效的光子接口，以及执行高保真度（近100%）自旋初始化和操纵体半导体实现。此外，腔的存在加速自旋初始化过程超过GHz。
2013-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Adiabatic quantum state transfer in non-uniform triple-quantum-dot system
在非均匀耦合的三量子点系统中引入了一种绝热量子态转移方案。通过动态地改变施加在发送器和接收器上的外部栅极电压，电子可以在它们之间以高保真度传输。通过数值求解常通耦合系统的主方程，指出传输保真度取决于峰值电压与最大耦合常数之比。研究了耦合失配对传输保真度的影响，结果表明，存在一个相对较大的容差范围以允许高保真度的量子态传输。
2010-10-20 quant-ph
Supersymmetry-assisted high-fidelity ground state preparation of single neutral atom in an optical tweezer
光镊中的中性原子量子比特阵列是一种很有前途的量子计算平台。尽管实验取得了进展，但实现中性原子量子计算的主要障碍是量子比特初始化。在这里，我们提出超对称性-粒子物理学中发展的理论框架-可以用于中性原子量子比特的超高保真度初始化。我们证明了通过将所有激发态原子抽离到一个超对称的辅助光镊中，可以在光镊的振动基态确定性地制备单个原子。该方案适用于实际高斯光镊中的玻色子和费米子原子量子比特，为利用中性原子实现大规模量子计算、模拟和信息处理奠定了基础。
2021-02-10 quant-ph
Dynamic compensation for pump-induced frequency shift in Kerr-cat qubit initialization
针对Kerr-cat量子比特初始化中泵浦诱导频移问题，提出动态补偿方法，利用非线性工程三环SQUID器件将初始化保真度从57%提升至78%，预计可达91%，推进容错量子计算实现。
2024-10-10 quant-ph
Coherent entangled light generated by quantum dots in the presence of nuclear magnetic fields
高保真纠缠光子的实际来源是量子信息应用和探索量子物理所需要的。半导体量子点最近被证明在电驱动时可以方便地发射纠缠光，但是保真度不是最佳的。在这里，我们表明，保真度是不受退相干，但与核的相干相互作用。此外，我们预测，在100μs的时间尺度上，可以实现强烈增强的结晶度。这种见解可以允许量子逻辑的定制，以在容错机制中使用量子点进行操作。
2011-03-15 quant-ph
Efficient initialization of fluxonium qubits based on auxiliary energy levels
该研究利用fluxonium的磁通可调性打破宇称对称性限制，通过单音边带驱动实现300 ns内保真度超99%的量子比特初始化，并可同时清除第二激发态布居，适用于大规模fluxonium处理器。
2024-02-09 quant-ph
High fidelity all-optical control of quantum dot spins: detailed study of the adiabatic approach
受限电子自旋是在固态中体现量子信息的优选候选者。一个流行的想法是使用光激发来实现“两全其美”，即将长自旋退相干时间与快速门控结合起来。在这里，我们研究了一种全光绝热方法来产生单量子比特相位门。我们发现，这样的门可以是非常强大的对所有的退相干的主要来源的综合影响，即使在有限的温度下，可实现的保真度为0.999。至关重要的是，这种性能可以获得只有一个小的时间成本：绝热门持续时间是在一个简单的动态实现的数量级。这些预测的实验验证是立即可行的，只有适度的资源。
2008-04-07 quant-ph
High fidelity two-qubit gates on fluxoniums using a tunable coupler
超导磁通量子比特具有更好的相干性和更大的非谐性，为大规模基于超导体的量子计算提供了一种很有前途的替代方案。多量子位fluxonium器件的一个主要挑战是实验演示具有高保真单量子位和双量子位门、单次读出和状态初始化的可扩展无串扰多量子位架构。在这里，我们提出了一个基于双量子位通量的量子处理器，它具有一个可调谐耦合器元件，遵循我们的理论建议[DOI：10.1063/5.0064800]。我们实验证明fSim型和受控Z门与$99.55\%$和$99.23\%$的结晶度，分别。残留的ZZ相互作用被抑制到几kHz的水平。使用电流耦合通量控制线，我们实现了高保真单量子位门和基态初始化与一个任意波形发生器通道每个量子位。
2022-03-31 quant-ph
Active Initialization Experiment of Superconducting Qubit Using Quantum-circuit Refrigerator
本文提出使用量子电路制冷器加速超导量子比特初始化，将99%初始化时间从280纳秒降至180纳秒，并指出优化QCR电阻和耦合可进一步提升速度。
2023-06-16 quant-ph
Quantum entanglement and teleportation in quantum dot
我们研究了以量子点为源的热纠缠和量子隐形传态。我们首先考虑了量子资源的纠缠性，然后着重研究了不同条件下不同参数对量子隐形传态保真度的影响。得到了解缠结的临界温度。基于两个子空间的Bell测量，我们发现各向异性测量对于各向异性子空间中系统纠缠本征态所产生的各向同性是最优的。另外，通过调整参数，量子点作为量子信道，其各向异性传输保真度非常高且稳定。展望了量子点在量子隐形传态中的应用前景。
2011-03-08 quant-ph
Assessing quantum dot SWAP gate fidelity using tensor network methods
本文采用张量网络数值方法模拟20–100个量子点自旋量子比特的重复 SWAP 操作，揭示谷泄漏、静电串扰、塞曼与谷分裂及谷相位对门保真度的影响。
2024-04-08 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
One-step preparation of cluster states in quantum dot molecules
团簇态是一种特殊的高纠缠态，是基于测量的量子计算的普遍资源。本文提出了一种高效的半导体量子点分子团簇态的一步生成方案，即在两个耦合量子点的单重态和三重态上编码量子比特.通过施加一个集体电场或同时调节所有双量子点分子的点间偏置电压，我们得到任意两个相邻量子分子量子比特之间的可切换类伊辛相互作用。讨论了初始化、单量子比特测量和实验参数，表明利用现有技术可以在半导体量子点中实现大团簇态制备和单向量子计算。
2007-04-13 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
Toward high-fidelity coherent electron spin transport in a GaAs double quantum dot
本文研究了如何在GaAs双量子点中实现高保真的电子自旋输运。我们的研究从多个角度探讨了自旋输运。我们首先研究了双点势如何影响/加速自旋弛豫。我们在较宽的实验参数范围内计算了自旋弛豫速率，并着重讨论了自旋热点的出现。一个安全的参数制度，以避免这些自旋热点。我们还研究了扫描点间失谐的Landau-Zener过程中的非绝热跃迁，并提出了一个方案，利用可能的Landau-Zener-Stükelburg干涉实现更高速度的高保真自旋输运。最后，我们计算了隧穿电子的有效$g$因子的双点修正，并估计了不同自旋态之间的相位误差。我们的结果将为今后的相干电子自旋输运实验提供有益的指导。
2017-07-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast initialization of a high-fidelity quantum register using optical superlattices
我们提出了一种快速产生可寻址量子位的量子寄存器的方法，该寄存器由存储在光晶格中的超冷原子组成。从半填充晶格开始，我们去除每隔一个晶格势垒，通过动态地打开超晶格电势，这导致具有单位填充的莫特绝缘体状态中的长波长晶格。由此产生的晶格的更大周期性可以使通过外部激光对原子进行单独寻址成为可能。我们发展了一个玻色-哈伯德模型，用于描述通过加入超晶格势使晶格周期加倍时，晶格中冷原子的动力学。从一个半填充到一个半填充的晶格的过渡的动力学进行了数值分析的帮助下的时间演化块抽取算法和分析使用Kibble-Zurek理论。我们表明，整个过程的时间尺度，即创建半满晶格和随后的晶格周期加倍，是显着快于绝热直接量子冻结成莫特绝缘体的大晶格周期的超流体。因此，我们的方法在快速时间尺度上提供了可寻址量子位的高保真度量子寄存器。
2007-06-11 cond-mat.other quant-ph
Pulsed excitation dynamics in quantum dot-cavity systems: limits to optimizing the fidelity of on-demand single photon sources
耦合到光学腔的量子点最近已被证明是按需单光子的优异来源。典型地，应用要求源的同时高效率和提取的光子的量子不变性。虽然已经取得了很大的进展，在抑制背景源的退相干和利用腔量子电动力学，以克服由固有的激子-声子散射固有的固态平台中设置的基本限制，激发脉冲的作用往往被忽视。我们定量研究与脉冲激发，可以限制同时的效率和不可逆性，包括多个激子，多光子，和泵诱导的退相激发相关的因素，并发现现实的单光子源，这些影响导致退化的源图的品质可比的声子散射。我们还开发了严格的开放量子系统极化子主方程模型的量子点动力学下的时间相关的驱动器，其中包括光子和声子水库的非马尔可夫效应，并明确显示如何耦合到一个高Q因子腔抑制多光子发射的方式不预测常用的模型。然后，我们使用我们的研究结果总结的标准，可用于单光子源优化。
2019-01-15 quant-ph
Spin digitizer for high-fidelity readout of a cavity-coupled silicon triple quantum dot
基于自旋的量子信息处理的一个重要要求是可靠和快速地读出电子自旋状态，允许反馈和纠错。然而，常见的读出技术通常需要额外的栅极结构，阻碍器件缩放或对感测量子点的调谐配置施加严格的约束。在这里，我们在三重量子点内操作一个在线电荷传感器，其中一个量子点耦合到微波腔，并用于读出其他两个量子点的电荷状态。由于电荷传感器的接近，我们观察到在$t_{\rm int}$ = 1 $μ$ s的积分时间处具有>450的功率信噪比的近数字传感器响应。尽管小的单重态-三重态分裂$\approx$ 40 $μ$ eV，我们进一步利用传感器测量单重态-三重态量子位的自旋弛豫时间，实现了平均单次自旋读出保真度> 99%。我们的方法能够实现高保真度的自旋读出，将最小的设备开销与半导体量子器件中的灵活量子位操作相结合。
2021-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robustness of operator quantum error correction with respect to initialization errors
在算符量子纠错（OQEC）理论中，可纠正性的概念是在假设状态在一个特定的子空间中被完美初始化的前提下定义的，该子空间的一个因子（一个子系统）包含被保护的信息。如果系统的初始状态不完全属于所讨论的子空间，则在应用噪声和误差校正之后，将状态限制到另外可校正的子系统可能不会保持不变。众所周知，在无消相干子空间和子系统（DFS）的情况下，如果允许不完美的初始化，则代码内部的完美酉演化的条件对噪声过程施加了更多的限制性条件。据信，这些条件是必要的，如果DFS是能够保护不完美的编码状态从随后的错误。根据类似的论点，一般的OQEC码也需要更严格的纠错条件，以解决不完美初始化的问题。在这项研究中，我们通过查看编码状态上的错误来检查这一要求。为了定量分析OQEC码中的错误，我们引入了一个衡量两种状态下的编码信息之间的保真度的子系统编码的情况下。本文的一个主要部分涉及的措施和推导其性质的定义。与以前所认为的相反，我们得到，更严格的条件是没有必要的，无论是对DFS，也不是一般的OQEC码。这是因为由于不完美的初始化而可能在代码内部产生的有效噪声是这样的，它只能用完美编码的状态来增加不完美编码的状态的保真度。
2008-03-22 quant-ph
Quantum state transfer between a frequency-encoded photonic qubit and a quantum dot spin in a nanophotonic waveguide
我们提出了一个确定性的，但完全被动的计划，从一个频率编码的光子的量子态的量子点的自旋介导的纳米光子波导。我们通过研究所有相关实验缺陷对状态转移保真度的影响来评估状态转移的质量。我们表明，超过95%的传输保真度是可以实现的实验现实的参数。我们的工作为定制频率编码光子量子比特的确定性固态量子网络奠定了基础。
2022-03-07 quant-ph
High fidelity flopping-mode single spin operation with tuning inter-dot orbital levels
本文在GaAs三量子点中通过调谐点间轨道能级与自旋轨道耦合，并结合机器学习反馈抑制低频噪声，实现4 ns、99.7%保真度的π/2自旋门。
2025-08-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity entangled photon pairs from a quantum-dot-based single-photon source
University of Basel（巴塞尔大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）
本文提出一种基于半导体量子点的高保真可交换纠缠光子对源，通过主动调制极化态和延迟路径实现高保真度纠缠生成，适用于量子网络中的高效纠缠交换。
2026-03-31 quant-ph
Effect of exchange interaction on fidelity of quantum state transfer from a photon qubit to an electron-spin qubit
分析了半导体量子点中从一个光子极化量子比特到一个电子自旋极化量子比特的量子态转移（QST）的保真度，特别关注了电子与同时产生的空穴之间的交换相互作用.为了实现高保真的QST，我们必须尽快分离电子和空穴，因为电子-空穴交换相互作用改变了电子自旋的取向。因此，我们提出了一种双点结构来快速分离电子和空穴，并表明如果满足共振隧穿条件，QST的保真度可以高达0.996。
2006-08-24 quant-ph
Direct Measurement of Quantum Dot Spin Dynamics using Time-Resolved Resonance Fluorescence
我们在时间上解决了电子自旋限制在一个单一的自组装量子点的共振荧光直接测量自旋的光学初始化和自然弛豫时间尺度。我们的测量结果表明，自旋初始化发生在微秒量级的法拉第配置时，激光共振驱动的量子点跃迁。结果表明，在0.6特斯拉的外磁场作用下，光致自旋反转的机制从电子-核相互作用转变为空穴-混合相互作用。自旋弛豫测量结果的时间为毫秒量级，并表明由于自旋-轨道耦合，$B^{-5}$磁场依赖性一直持续到2.2特斯拉。
2009-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Oscillating photonic Bell state from a semiconductor quantum dot for quantum key distribution
本文利用光子纳米线波导中的 InAsP 量子点产生振荡 Bell 态，在保持高峰保真度的同时将光子对提取效率提升 65 倍，并证明其可直接用于 QKD 安全成钥。
2023-07-12 quant-ph
Non-exponential Fidelity Decay in Randomized Benchmarking with Low-Frequency Noise
我们表明，非指数保真度衰减在随机基准测试实验的量子点量子比特是一致的数值模拟，包括低频噪声。通过扩展标准的随机基准测试分析，这个实验制度，我们发现，这种非指数衰减更好地模拟多个指数衰减率，导致瞬时控制保真度同位素纯化硅MOS量子点量子位，可以高达99.9%时，低频噪声条件和系统校准是有利的。量子位表征和验证方法的这些进展为硅作为容错量子计算的量子位平台提供了可观的前景。
2015-02-22 quant-ph
Rapid single-shot parity spin readout in a silicon double quantum dot with fidelity exceeding 99 %
针对容错量子计算需要快速高保真自旋测量的挑战，本文利用宇称模式泡利自旋阻塞技术优化硅双量子点的初始化与测量流程，实现了保真度超过99%的快速单次宇称自旋读取，为硅基量子纠错奠定基础。
2023-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity quantum gates in Si/SiGe double quantum dots
受Zajac等人最近实验的启发。[arXiv：1708.03530]，我们在理论上描述了高保真双量子位门，使用受磁场梯度影响的相邻量子点中自旋之间的交换相互作用。我们使用分析计算和数值模拟相结合，以提供最佳的脉冲序列和门操作的参数设置。我们提出了一种新的同步方法，它避免了在门操作过程中有害的自旋翻转，并提供了有关相位失配的细节积累在两个量子位门发生由于剩余的交换相互作用，非绝热脉冲，和非共振驱动。通过调整选通时间，同步谐振和非谐振转换，并通过相位控制补偿这些相位失配，可以显著提高整体选通保真度。
2017-11-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust Single-Shot Spin Measurement with 99.5% Fidelity in a Quantum Dot Array
我们展示了一种新的方法，用于投影单次测量的两个电子自旋态（单重态与三重态）在一个阵列的栅极定义的横向量子点在GaAs。测量具有非常高的保真度，并且对于环境中的电磁波动具有鲁棒性。它利用长寿命的亚稳态电荷状态，这增加了区分两种测量结果的电荷信号的对比度和持续时间。这种方法允许我们分别评估电荷测量误差和自旋-电荷转换误差。我们指定的条件下，这种方法可以使用，并项目的一般适用性可扩展的量子点阵列在GaAs或硅。
2017-07-20 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
Quantum dot-based high-fidelity universal quantum gates in noisy environment
本文针对噪声环境下的量子点自旋量子比特，利用Lindblad主方程对NOT门、Hadamard门和Toffoli门的自旋动力学与噪声过程进行建模，确定了外部磁场的工作范围以实现高保真度通用量子门操作，并提供了模拟更大规模量子处理器的通用框架。
2024-11-13 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
Fast high-fidelity entangling gates for spin qubits in Si double quantum dots
在硅双量子点的单电子自旋量子比特中实现高保真双量子比特门仍然是一个重大挑战。在这项工作中，我们采用分析方法来设计控制脉冲，为基于该平台的量子计算机生成高保真纠缠门。使用现实的参数，并最初假设一个无噪声的环境，我们提出了简单的控制脉冲，产生CNOT，CPHASE，CZ门的平均精度大于99.99%，门时间短至45 ns。此外，使用系统的演化算子的局部不变量，我们表明，一个简单的方波脉冲产生的CNOT门在小于27 ns，保真度大于99.99%。最后，我们使用相同的分析方法来生成局部等效于$\sqrt{\mathrm{CNOT}}$和$\sqrt{\mathrm{CZ}}$的两个量子比特门，用于实现简单的两段脉冲序列，在低频噪声存在下产生高保真CNOT和CZ门。
2019-07-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improved fidelity of triggered entangled photons from single quantum dots
我们演示了嵌入GaAs/AlAs平面微腔中的单个InAs量子点的双激子级联的偏振纠缠光子对的按需发射。样品设计的改进使润湿层蓝移，以减少测量中背景光的贡献。结果表明，探测到的光子对中有70%以上是纠缠的。高精度的（|HxxHx>+|我们确定的VxxVx>）/2^0.5态足以满足许多纠缠测试。改进的纠缠质量代表了实现与量子信息中的应用兼容的实用量子点源的重要一步。
2006-02-26 cond-mat.other quant-ph
Generation of entangled channels for perfect teleportation channels using multi-electron quantum dots
本文提出了一种产生$N$量子比特纠缠态的方案，该纠缠态可以实现量子态的完美传送。通过打开量子位之间的交换相互作用（$J$），可以周期性地获得期望的状态。多电子量子点可以是用于以高保真度生成这样的$N$量子比特状态的可能实现。在$N \to \infty$的极限下，存在唯一的时间$t=\frac{1}{J}\cos^{-1}(-1/8)$，在这个时间里，哈密顿动力学给出了$N$量子比特态，可以辅助完美的隐形传态.我们还讨论了核自旋环境对一般$N$量子比特纠缠通道隐形传态保真度的影响。
2008-07-06 quant-ph
Using a high-fidelity numerical model to infer the shape of a few-hole Ge quantum dot
提出一种基于高保真数值模型和最大似然估计的方法，通过对比磁光谱数据推断Ge/SiGe异质结构中少空穴量子点的形状，以评估对扩展半导体自旋量子计算至关重要的量子比特间变异性。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Designing high-fidelity multi-qubit gates for semiconductor quantum dots through deep reinforcement learning
Intel Labs（英特尔实验室）；Intel Corporation（英特尔公司）
在本文中，我们提出了一个机器学习框架，以设计基于硅中量子点的量子处理器的高保真多量子比特门，量子比特编码在单电子的自旋中。在这种硬件架构中，控制景观是巨大而复杂的，因此我们使用深度强化学习方法来设计最佳控制脉冲，以实现高保真多量子比特门。在我们的学习模型中，模拟器模拟量子点的物理系统并执行系统的时间演化，深度神经网络作为函数逼近器来学习控制策略。我们在系统的全状态空间中演化哈密顿量，并实施现实的约束，以确保实验的可行性。
2020-06-15 cs.LG cs.SY eess.SY
Entangling successive single-photons from quantum dots
提出了一种从半导体量子点中产生的连续单光子中产生和鉴别高保真Bell态的方法。发现使用非对称分束器是必要的和足够的，并且在任何阶段都不需要非线性光学过程如SPDC。这对于检验量子力学的基础是相当重要的。
2012-09-14 quant-ph
Controlled phase gate in exchange coupled quantum dots affected by quasistatic charge noise
针对半导体量子比特中电荷噪声影响两比特门保真度的问题，研究了准静态失谐噪声对双量子点自旋比特受控相位门的作用，推导了弱噪声下相关解析表达式并验证了序列保真度指数衰减规律仍成立。
2023-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
High Fidelity 12-Mode Quantum Photonic Processor Operating at InGaAs Quantum Dot Wavelength
可重构量子光子处理器是光子量子计算的关键技术。虽然大多数大规模可重构量子光子处理器在1550 nm左右的电信C波段进行了演示，但是利用非常适合于光子量子计算的量子点的高性能单光子光源在各种波长下操作。因此，存在对于具有更大波长范围的量子光子处理器的兼容性的需求。氮化硅（SiN）具有高限制和宽透明窗口，能够在C波段以外的波长实现紧凑、低损耗的量子光子处理器。在这里，我们报告了SiN通用12模量子光子处理器，其在940 nm的波长处具有最佳操作，其与发射在900 nm至970 nm波长范围内的光的InGaAs量子点光源兼容。该处理器可以在其12个输入模式上实现任意幺正变换，保真度为98.6%，平均光损耗为3.4 dB/模式。
2022-04-12 physics.optics quant-ph
High-fidelity single-qubit gates in a strongly driven quantum dot hybrid qubit with $1/f$ charge noise
半导体双量子点混合量子比特是实现高保真量子计算的理想材料。然而，它们的性能受到电荷噪声和声子诱导的退相的限制，电荷噪声在固态器件中无处不在。在这里，我们探索改进混合量子比特的量子操作的方法，使用强微波驱动来实现比退相干过程快得多的门操作。使用数值模拟和理论方法的基础上的累积展开，我们分析了量子比特动力学的存在下，$1/f$电荷噪声，形成了占主导地位的退相干机制，在许多固态设备。我们发现，虽然强驱动效应和电荷噪声都降低了量子门的保真度，简单的脉冲整形技术有效地抑制了强驱动效应。此外，当失谐参数和隧穿耦合同时驱动时，出现了宽的AC最佳点。考虑到声子介导的噪声，我们发现，应该有可能实现$X_π$门的结晶度高于$99.9\%$。
2019-06-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent and robust high-fidelity generation of a biexciton in a quantum dot by rapid adiabatic passage
半导体量子点中的双激子是偏振纠缠光子的来源，具有在可扩展系统中实现的高潜力。存在几种用于非共振、共振和准共振双激子制备的方法，但它们都有自己的缺点，例如保真度低、定时抖动、不相干或对实验参数敏感。我们展示了一种相干的和强大的技术，以产生一个双激子在InGaAs量子点的保真度接近1。主要概念是将快速绝热过程应用于基态-激子-双激子系统。我们加强我们的实验结果与模拟，其中包括微观耦合到声子。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
