Exact Results on Dynamical Decoupling by $π$-Pulses in Quantum Information Processes
动态解耦的目的在于通过对量子寄存器进行适当的相干控制来抑制退相干。有效地减少了与环境的相互作用。特别地，考虑$π$脉冲的序列。在这里，我们提出了精确的结果上的耦合的量子比特的抑制其环境的优化序列的$π$脉冲。研究了环境谱密度的各种截止值的影响。结果表明，截止越硬，优化脉冲序列的处理效果越好，对于既不完全硬也不很软的截止，我们提倡迭代优化序列。
2008-08-18 quant-ph
Optimized continuous dynamical decoupling via differential geometry and machine learning
本文利用次黎曼几何推导最优连续动力学解耦控制哈密顿量，并通过神经网络加速生成任意量子门的时间相关控制场，以提升电路优化效率。
2024-10-18 quant-ph
Concatenated Control Sequences based on Optimized Dynamic Decoupling
量子控制的两个最新进展，级联和优化的脉冲间隔，相结合，产生一个战略，以抑制不必要的耦合量子系统的高阶。可以抑制纵向弛豫和横向失相，使得在它们的能级之间具有小分裂的系统可以保持与它们的环境隔离。所需的脉冲数量随着所需的阶数呈指数增长，但如果仅使用级联，则仅为所需数量的平方根。一个近似的方案甚至使这个数字下降到多项式增长。该方法有望用于量子信息和高精度核磁共振。
2009-02-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimized Dynamical Decoupling via Genetic Algorithms
我们利用遗传算法来寻找最佳的动态解耦（DD）序列的单量子比特系统的一般退相干模型下的各种控制脉冲条件。我们专注于具有相等脉冲间隔的序列的情况下，并执行相对于脉冲类型和顺序的优化。以这种方式，我们获得了强大的DD序列，首先在理想脉冲的限制，然后当包括脉冲缺陷，如有限的脉冲持续时间和量子位旋转（翻转角）的错误。虽然我们的优化是数值的，我们确定了一个确定性的结构的基础上表现最好的序列。我们使用这种结构设计DD序列优于先前设计的级联DD（CDD）和二次DD（QDD）序列中存在的脉冲错误。我们解释我们的研究结果，使用时间依赖性微扰理论，并提供了详细的缩放分析的最佳序列。
2013-08-07 physics.comp-ph quant-ph
Optimal Dynamical Decoupling Sequence for Ohmic Spectrum
我们研究了量子比特耦合到欧姆环境中的最佳动力学解耦序列。通过解析计算退相干函数的导数，发现最佳脉冲位置满足一组易于求解的非线性方程。这些方程综合了高能（UV）截止频率ω c等环境信息，完整地描述了退耦过程。该解解释了以往的实验和理论结果的局部优化动态解耦（LODD）序列在高频占主导地位的环境中，这是通过纯数值计算和实验反馈。如数值比较所示，这些解决方案优于Uhrig动态解耦（UDD）序列的一个或多个数量级的欧姆的情况下。
2010-01-18 quant-ph
Resource-efficient digital characterization and control of classical non-Gaussian noise
针对经典非高斯退相干的非马尔可夫量子系统，提出基于数字窗口框架的高阶控制自适应谱估计方法，实现噪声优化动态解耦设计，性能优于标准Walsh及高斯优化序列，且比频域梳状法更具资源效率。
2023-04-07 quant-ph
Optimized pulses for the perturbative decoupling of spin and decoherence bath
在核磁共振的框架下，我们考虑了通过持续时间为$τ_\mathrm{p}$的复合或连续脉冲耦合到浴的自旋的相干控制的一般问题。我们明确地表明，它是可能的设计脉冲，以实现从浴到$τ_\mathrm{p}$的第三阶的自旋去耦。在脉冲和浴时间校正项的作用下，系统的演化被分离为自旋的演化。我们推导出一般的时间依赖的旋转轴和自旋和环境之间的一般耦合的校正项。通过适当的脉冲设计，可以使由此产生的校正消失。对于$π$和$π/2$脉冲，我们明确地证明，即使浴是完全量子力学的，也存在消除一阶和二阶校正的脉冲，即，它显示了内部动态。这样的脉冲对于量子信息处理也将是有用的。
2009-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Towards optimized suppression of dephasing in systems subject to pulse timing constraints
我们研究了不同的动态解耦协议的有效性，在一个纯粹的退相玻色子浴的存在下，一个单一的量子比特的存储，重点是比较量子相干性保存下均匀与非均匀的脉冲之间的延迟时间。在瞬时位翻转脉冲的限制下，这是通过建立受控量子位演化的新表示来实现的，其中所产生的退相干行为直接表示为自由演化。给出了欧姆和超欧姆环境下的长、短期相干行为的近似解析表达式。我们专注于可实现的时间延迟的物理约束的系统，强调在量子点的激子量子比特的纯退相。我们的分析表明，小的优势，高层次的解耦方案的基础上级联或优化设计是可以预期的，如果操作的限制，防止脉冲施加足够快。在这种约束的情况下，我们演示了如何简单的修改重复的周期性回波协议可以提供显着改善的相干性保存在现实的参数制度。
2009-12-10 quant-ph
Dynamical decoupling sequence construction as a filter-design problem
在过去的十年里，我们已经看到了原子、光学和凝聚态系统中量子相干性的爆炸性展示。这些发展已经把一个新的重点放在生产的鲁棒性和最佳的量子控制技术在环境噪声的存在。我们讨论了使用动态解耦作为一种形式的开环量子控制能够抑制量子相干系统中的退相的影响。我们介绍的概念，动态去耦脉冲序列建设作为一个滤波器设计问题，使连接与滤波器设计从控制理论和电气工程中的脉冲序列性能的分析，为保存在量子叠加的相位自由度。一个详细的数学描述，如何失相和抑制失相可以减少到一个线性控制问题，并作为动机和上下文的各种动态解耦序列的过滤性能的研究。然后，我们的工作采取这种实际的角度来看，在解决这两个“标准”序列来自核磁共振和新的优化序列的背景下开发的量子信息。此外，我们审查新技术的优化脉冲序列的数字建设使用的滤波器设计的角度来看。我们展示了如何过滤器设计的角度允许简明的比较这些序列的相对能力，并揭示了其功能的物理基础。使用这种新的分析框架，使我们能够获得新的见解，这些序列的性能，并揭示了重要的限制问题，如数字时钟优化序列性能的影响。
2011-04-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Learning How to Dynamically Decouple
针对量子器件中系统—环境相互作用模型不精确导致动态解耦效果受限的问题，本文提出优化旋转门以适配硬件，并在超导量子比特上证明优化序列优于CPMG、XY4和UR6。
2024-12-04 quant-ph
Dynamical decoupling efficiency versus quantum non-Markovianity
我们研究了非马尔可夫性与纯退相量子比特动态解耦协议有效性之间的关系。我们考虑一个确切的模型，其中失相产生由于玻色子环境的欧姆类的谱密度。这是参数化的欧姆参数通过改变，我们可以模拟马尔可夫和非马尔可夫环境。有趣的是，我们发现，工程的非马尔可夫环境是有害的效率的动态解耦方案，导致更差的一致性保持。我们发现，每个动态去耦脉冲反转的量子信息流，并在此基础上，我们调查动态去耦效率和水库谱密度之间的联系。最后，在油藏工程的精神，我们研究了最佳的系统，油藏参数，以实现最大的静态凝聚力。
2015-12-16 quant-ph
Optimized pulse sequences for suppressing unwanted transitions in quantum systems
我们调查的脉冲序列的性质，使不必要的量子系统中的跃迁可以被最佳地抑制。为了这个目的，我们表明，由Uhrig [物理学评论快报。\textbf{98}，100504（2007）]在抑制环境退相效应的背景下是最佳的。我们推导出抑制跃迁的精确结果，并在数值上证实了结果。我们利用Uhrig序列对等距序列进行了改进，使量子系统与不需要的跃迁解耦。抑制的物理机制是每个脉冲前后跃迁幅度之间的相消干涉。
2010-10-25 quant-ph
Optimal dynamical decoupling in the presence of colored control noise
耦合到噪声环境的量子系统的最佳动态解耦还必须考虑控制脉冲的缺陷。我们提出了一种新的形式主义，它描述了，在一个封闭的形式表达，系统的演变，包括环境和控制噪声的频谱函数。我们表明，通过测量这些谱函数，我们的表达式可以用来优化去耦脉冲序列。我们证明了这种方法与光学捕获超冷铷原子的合奏，并使用量子过程层析成像来识别环境的影响和控制噪声。我们的方法是适用的和重要的任何现实实现的量子信息处理。
2013-03-08 quant-ph
Fighting dephasing noise with robust optimal control
我们解决了实验相关的问题，强大的缓解作用于量子比特的失相噪声。我们首先提出了一个扩展的方法表示$1/ω^α$噪声Kuopanportti等人开发的任意马尔可夫噪声的有效表示。然后，我们添加量子位控制脉冲，使数字优化的设计，二维控制功能与有界的振幅，能够解耦的量子位从各种各样的马尔可夫噪声谱密度在任意一个量子位量子操作的退相效应。我们举例说明的方法与发展的数值优化的控制脉冲序列，最大限度地减少退相干由于组合的$1/ω$和恒定偏移噪声源。与标准动态解耦协议的性能比较表明，数值优化的脉冲序列相对于噪声偏移具有相当大的鲁棒性，使得它们对于应用于均匀失相噪声源伴随着一定程度的非均匀失相的情况具有吸引力。应用于减轻硅中自旋量子比特上的失相噪声表明，高保真度单量子比特门可以使用当前的脉冲生成技术。
2010-05-28 quant-ph
Synergistic Dynamical Decoupling and Circuit Design for Enhanced Algorithm Performance on Near-Term Quantum Devices
该研究探究动力学解耦与优化电路设计的协同效应对近期量子设备算法性能的提升作用，通过8台IBM量子设备实验验证二者负相关关系，提出结合硬件与算法的整体优化思路。
2024-08-18 quant-ph
Transition between continuous and discrete spectra in dynamical-decoupling noise spectroscopy
在这里，我们探索的前景进行单量子位光谱的环境噪声时，由动态去耦脉冲序列产生的频率滤波器的分辨率可以设置得足够高，以揭示离散结构的噪声谱密度。当滤波器不能分辨离散的谱线并且在量子比特的退相干率中仅记录谱的粗粒度近似时，光谱学的标准形式是适用的。当离散结构变得可访问时，量子位探针以质的不同方式演化，并且必须重新设计恢复谱密度的过程。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimizing a Dynamical Decoupling Protocol for Solid-State Electronic Spin Ensembles in Diamond
我们证明了通过优化的动力学解耦（DD）的金刚石中的氮空位（NV）中心的致密系综的自旋相干时间的显着改善。冷却样品到$77$ K抑制纵向自旋弛豫$T_1$效应和DD微波脉冲被用来增加横向相干时间$T_2$从$\sim 0.7$ ms到$\sim 30$ ms。我们扩展以前的工作单轴（CPMG）DD对任意自旋状态的保存。脉冲和失谐误差的理论和实验表征后，我们比较各种DD协议的性能。我们确定，保持任意自旋状态的最佳控制方案是一个递归的协议，级联版本的XY 8脉冲序列。改善的自旋相干性可能对改善交流磁力测量的灵敏度产生直接影响。此外，该协议可以用于更密集的金刚石样品，以增加相干时间高达NV-NV相互作用时间尺度，这是朝着创建量子集体NV自旋态迈出的重要一步。
2015-07-14 quant-ph
Performance of dynamical decoupling in bosonic environments and under pulse-timing fluctuations
我们研究了抑制量子位退相通过乌里克动力学解耦（UDD）在非平凡的环境中建模的自旋玻色子形式主义。特别地，我们解决了以下情况：（i）量子位耦合到具有幂律谱密度的玻色子浴，以及（ii）量子位耦合到将能量耗散到玻色子浴中的单个谐振子，这体现了量子位的结构化浴的示例。然后，我们建模的随机时间抖动的影响，在UDD协议的排序脉冲应用时间从高斯分布集中在适当的值所规定的最佳协议。在情况（i）中，我们发现，当施加很少的脉冲并且考虑急剧截止时，对于超欧姆浴实现了更长的相干时间和鲁棒的UDD性能（针对随机定时误差）。另一方面，当考虑指数截止时，超欧姆浴是不期望的。在情况（ii）中，对于过阻尼谐波运动获得最佳方案。我们的研究为实现保护量子态不受退相干影响的优化方案提供了相关信息。
2017-01-05 quant-ph
Keeping a Quantum Bit Alive by Optimized $π$-Pulse Sequences
提出了一种保持量子比特相干性的一般策略。分析结果是严格推导出的，包括所有的记忆和反作用效应。它是基于一个优化的$π$ -脉冲序列的动态解耦扩展的卡尔-珀塞尔-梅布姆-吉尔（CPMG）周期。优化的序列是非常有效的，特别是对于与环境的强耦合。
2007-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Perfect Echo HMQC: Sensitivity and Resolution Enhancement by Broadband Homonuclear Decoupling
2D ~ 1H-~（13）C HMQC谱的F_1维中出现了~ 1H-~ 1H J调制的J多重态。这妨碍了过度拥挤的13 C光谱的明确信号分配。宽带homopolymerization去耦已经实现了在间接的t1演变期间，通过将块的完美的回波。该方法提高了二维1H-13 C HMQC谱的分辨率和灵敏度。环孢菌素的结果表明，该方法是非常有效的-13CH2基团，虽然部分灵敏度和分辨率增强也已观察到-13CH和-13CH3基团。基于乘积算子形式主义的结果也给出了解释。
2013-03-03 physics.chem-ph quant-ph
Dynamical decoupling induced renormalization of the non-Markovian dynamics
在这项工作中，我们开发了一个数值框架，以研究非马尔可夫动力学的开放量子系统的动力学解耦应用重整化。我们利用一个非马尔可夫主方程，这是来自非马尔可夫量子轨迹形式主义。它包含非相干马尔可夫动力学和相干薛定谔动力学作为其极限情况，并能够捕捉它们之间的过渡。我们已经进行了全面的模拟的情况下，该系统是由奥恩斯坦-乌伦贝克噪声驱动或描述的自旋玻色子模型。模拟了bang-bang控制和连续动力学解耦下的重整化动力学。我们的结果表明，非马尔可夫动力学的重整化关键取决于环境的谱密度和包络的去耦脉冲。因此，在这项工作中开发的框架提供了一个统一的方法来调查现实的去耦脉冲的效率。这项工作也开辟了一种方法，以进一步优化去耦通过脉冲整形。
2006-09-28 quant-ph
Impact of time-retarded noise on dynamical decoupling schemes for qubits
本文通过自旋-玻色子模型研究时间延迟反馈噪声对CPMG等动力学解耦方案的影响，揭示深亚欧姆环境下时间非局域反作用对延长量子比特相干时间的作用。
2025-02-05 quant-ph
Universality proof and analysis of generalized nested Uhrig dynamical decoupling
嵌套Uhrig动态解耦（NUDD）是一种高效的量子误差抑制方案，它建立在优化的单轴UDD序列上。我们证明了NUDD的通用性，并分析了它的抑制不同类型的错误在广义控制脉冲的设置。我们提出了一个明确的下界的解耦顺序的每种错误类型，我们涉及到嵌套的UDD层的序列顺序。我们发现，NUDD的错误抑制能力强烈依赖于所有嵌套UDD序列顺序的奇偶性和相对幅度。这使我们能够预测序列顺序的最佳排列。我们使用数值模拟测试和确认我们的分析。
2012-07-06 cond-mat.other math-ph math.MP
The dynamical-decoupling-based spatiotemporal noise spectroscopy
在这里，我们演示了如何标准的，时间上的，动态解耦为基础的噪声光谱方法可以扩展到也包括空间自由度。这种时空光谱学利用了排列在一条线上的多个量子比特的系统，这些量子比特由于环境噪声而经历纯失相。当量子位由适当协调的$π$脉冲序列驱动时，多量子位寄存器变得与噪声的所有分量解耦，除了由脉冲序列指定的频率和波长表征的那些分量之外。这允许采用用于重建二维谱密度的过程，该二维谱密度量化噪声的空间和时间谐波分量之间的功率分布。
2019-04-18 quant-ph
Full-permutation dynamical decoupling in triple-quantum-dot spin qubits
硅中自旋量子比特的动态解耦可以提高保真度，并用于提取噪声过程的频谱。我们展示了一个全排列动态解耦技术，周期性地交换三点量子比特中的自旋。这个序列不仅抑制了低频电荷噪声和磁噪声引起的误差;它还将泄漏误差重新聚焦到一阶，这对于编码的仅交换量子比特特别有趣。对于一个特定的构造，我们称之为NZ 1 y，量子位与误差源隔离的程度使得我们测量到$5\times10^{-5}$的显著交换脉冲误差。这个序列在大约18，000个交换脉冲中保持量子态，将量子比特相干性从$T_2^*=2~μ$ s扩展到$T_2 = 720~μ$ s。我们实验验证的误差模型，其中包括$1/f$电荷噪声和$1/f$磁噪声在两种方式：通过直接交换量子比特模拟，并通过集成的假设噪声谱与派生的滤波器功能，这两个再现测量的误差和泄漏相对于改变重复率。
2022-09-07 quant-ph
Visualizing Kraus operators for dephasing noise during application of the $\sqrt{\mathrm{\mathrm{SWAP}}}$ quantum gate
我们考虑$\sqrt{\mathrm{SWAP}}$量子门及其优化的纠缠作用的情况下，通过连续的动力学解耦，在存在失相噪声。我们在仅控制双量子位操作并且描述中不包括单量子位操作的特定情况下说明该过程。为了将存在噪声的优化动态与理想情况进行比较，我们使用标准保真度度量。然后讨论了在量子运算概率论中使用优化门的重要性。由于其重要性的明确建设的完全积极的地图代表的操作，我们得到优化克劳斯运营商在这种特定的情况下，专注于纠缠操作。然后，我们将展示如何可视化的时间演变的每个克劳斯运营商作为一个曲线在三维欧氏空间。最后，我们通过描述一组可能的测量来获得克劳斯算子，从而将这种形式主义与量子力学的操作框架联系起来。
2021-03-18 quant-ph
Dynamical decoupling noise spectroscopy
退相干是量子信息处理中必须克服的重要障碍之一。它取决于量子比特与环境的耦合强度，也取决于环境产生的噪声的光谱组成。如果谱密度是已知的，则可以更有效地对抗退相干效应。将反转脉冲序列应用于量子比特系统，我们生成了探测环境谱密度的有效滤波函数。比较不同的脉冲序列，我们恢复完整的谱密度函数，并区分不同的贡献，总的退相干。
2011-09-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Spectral decoupling in many-body quantum chaos
我们认为，在一个大类的无序量子多体系统中，随时间变化的关联函数的晚时间动态捕获的随机矩阵理论，特别是能量本征值统计相应的合奏无序哈密顿。我们发现，晚时关联函数近似分解为一个依赖于哈密顿系综谱统计的时间依赖段和一个依赖于关联函数的组成算符的时间无关段。我们称这种现象为“谱解耦”，这意味着随机矩阵理论在关联函数中的动态开始。光谱去耦合的一个关键诊断是$k$ -不变性，我们对此进行了详细的改进和研究。特别强调的是对称性的作用，和$k$之间的连接-不变性，扰乱，和OTOC。无序泡利自旋系统，以及SYK模型及其变体，提供了一个丰富的来源无序量子多体系统与不同的对称性，我们研究$k$ -不变性在这些模型与分析和数值相结合。
2021-01-13 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el hep-th
Accuracy of dynamical-decoupling-based spectroscopy of Gaussian noise
基于动态解耦的噪声谱的基本假设是，由多个脉冲的序列驱动的量子比特（或多个量子比特）的相干衰减速率由跨越由序列定义的频率梳的环境噪声谱很好地近似。在这里，我们调查的精确条件下，这种常用的光谱方法是定量正确的。为此，我们专注于两个有代表性的例子的谱密度：长尾洛伦兹，有限范围的高斯-都预计将遇到使用量子位的纳米级核共振成像。我们发现，与洛伦兹谱相比，洛伦兹谱对标准光谱公式的修正可以很容易地忽略不计，而有限范围的谱更难准确重建。对于高斯线形的环境谱密度，直接应用标准的动态解耦光谱学导致错误的归因于长尾行为的重建光谱。幸运的是，像这样的伪影可以通过对标准重建方法的简单扩展来完全避免。
2018-03-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimized dynamical protection of nonclassical correlation in a quantum algorithm
量子存储器与其环境相互作用，并通过退相干和不相干丢失信息。在量子信息处理中，一个鲁棒的量子控制，即使在存在环境影响的情况下也能准备、保持和操纵非经典关联，是至关重要的。一种众所周知的抑制退相干的技术，即动态解耦（DD），由应用于系统的一系列快速翻转组成，以便重新聚焦系统-环境相互作用。在这项工作中，我们集成DD与量子门使用最优控制技术，实现强大的量子门，提供对退相干的保护。为了研究非经典关联的保护，我们研究了Grover搜索算法中量子不和谐的演化。使用双量子位NMR系统，我们实验证明了对退相干和不相干的显着保护。我们发现更好的性能，相位交替DD序列与DD脉冲之间的适当间距。有趣的是，我们还发现基于$π/2$脉冲的DD序列在保护非经典相关性方面与具有$π$脉冲的DD序列表现得一样好，甚至更好。我们还支持实验结果，通过分析各种DD方案的鲁棒性。
2019-08-26 quant-ph
Continuously decoupling single-qubit operations from a perturbing thermal bath of scalar bosons
我们研究了使用连续施加的外部场，以最大限度地提高量子逻辑运算的保真度上进行的消散量子比特。假设一个已知的误差算子和环境表示的标量玻色子场在有限的温度下，我们展示了如何在逻辑运算过程中的退相干可以有效地减少通过应用两个外部矢量场的叠加：一个旋转正交的方向，其他的，这仍然是静态的。动态去耦噪声所需的磁场方向、旋转频率和幅度由耦合常数和所需的逻辑运算确定。我们说明了这些发现数值阿达玛量子门和欧姆谱密度的环境。
2007-01-31 quant-ph
Hybrid dynamical decoupling and coherent driving for high-fidelity nuclear-spin control in diamond
Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院）
针对金刚石中核自旋控制的局限，提出混合动力学解耦与射频控制方法，在高保真度下降低射频功率与门时长，扩大了量子存储器和处理器的可访问核自旋寄存器规模。
2026-08-24 quant-ph
Protecting the $\sqrt{SWAP}$ operation from general and residual errors by continuous dynamical decoupling
我们研究了在退相干条件下，连续解耦的两比特态在$\sqrt{SWAP}$量子操作中的错误发生。我们考虑基于海森堡交换相互作用的这种量子门的实现，仅海森堡交换相互作用就足以实现通用量子计算。此外，我们引入了一个连续动力学解耦方案，与海森堡哈密顿量交换，以保护它免受系统-环境相互作用引起的振幅阻尼和失相误差。我们考虑两种错误保护设置。一种是保护量子位不受振幅阻尼和失相误差的影响。另一个特征是振幅阻尼作为残余误差，并且仅保护量子比特免受失相误差。在这两种情况下，我们分别研究了量子位与公共和独立环境的相互作用。我们研究了在不同的环境谱密度下，误差对纠缠度和保真度的影响。
2015-04-02 quant-ph
Soft-pulse dynamical decoupling in a cavity
动态解耦是一种相干控制技术，其中量子系统的内在和外在耦合通过应用特别设计的驱动场（重聚焦脉冲序列）而有效地平均。这需要将能量泵入系统，当它具有尖锐的光谱特征（如接近共振的腔模）时，这可能特别危险。在这项工作中，我们表明，这样的效果可以避免与正确构建的重聚焦序列。为此，我们构建了一个单一的“软”π脉冲的系统演化算子的平均哈密顿展开。对于脉冲宽度的二阶，我们用三个参数来表征对称脉冲形状，其中两个参数可以通过整形变为零。我们用这些参数表示了几种脉冲序列的有效哈密顿量，并利用这些结果分析了受控Jaynes-Cummings哈密顿量的误差算子的结构。当误差被抵消到二阶时，数值模拟显示出良好的量子比特保真度和强抑制的振荡器加热。
2007-08-31 quant-ph
Dynamical Decoupling of Qubits in Spin Bath under Periodic Quantum Control
研究了在动力学解耦（DD）方案下，耦合到相互作用的自旋为1/2的量子链上的一个和两个自旋量子比特保持相干和纠缠的可行性。通过计算可以在量子比特成为退相干之前以$T$的周期周期施加的计算脉冲的数量来检查性能，同时在每个周期内施加相同的退耦脉冲序列。通过考虑由磁场控制的具有混合方向和有限宽度的脉冲，表明脉冲宽度积累降低了具有较大数目的脉冲的序列的性能，并且实际上可行的磁场限制了对每个周期内去耦脉冲的数目小于10的序列的考虑。此外，在每个周期$T$内，首次发现精确的非平凡脉冲序列，以逐步抑制量子位浴耦合到$O(T^{N+1})$，其中最小数量的脉冲是用于$N=1,2,3$的$4,7,12$。这些序列，当应用于所有的量子比特，显示保持纠缠和相干。基于含时密度矩阵重整化，数值计算结果表明，对于实验室中可获得的中等磁场（10-40 Tesla），当每个周期中的脉冲数为4或7，脉冲方向在x和z之间交替时，整体性能最佳。我们的结果为保持固态自旋量子比特的相干性和纠缠提供了有用的指导。
2010-12-30 cond-mat.str-el quant-ph
Estimation of the Laser Frequency Nosie Spectrum by Continuous Dynamical Decoupling
激光频率噪声引起的退相干是量子信息处理的重要障碍之一。为了抑制这种退相干，噪声功率谱密度需要被精确地表征。特别是，基于量子比特相干特性的噪声谱测量将是一种有意义且仍然具有挑战性的方法。本文基于连续动态解耦技术，对激光频率噪声谱进行了理论分析和实验研究。我们首先估计的混合噪声（包括激光和磁噪声）频谱高达$(2π)$ 530 kHz的监测从初始状态$+X$的横向弛豫，然后由梯度下降的数据处理协议。然后通过将量子比特编码在不同的塞曼子能级上，提取激光噪声的贡献。我们还通过将这些噪声与假定线宽可忽略不计的驱动激光进行类比，研究了两个足够强的噪声分量。实验验证了该方法的有效性，并对噪声进行了表征。
2020-12-22 quant-ph
Dynamical Decoupling Using Slow Pulses: Efficient Suppression of 1/f Noise
研究了单量子比特与具有$1/f$谱密度的线性谐振子池相互作用过程中动态解耦脉冲的应用，并与欧姆情形进行了比较。比最快浴时间尺度慢的去耦脉冲被示出为在$1/f$的情况下大幅降低退相干速率。与以前的研究得出的结论相反，这表明动态去耦脉冲并不总是超快的。我们的研究结果解释了最近的实验中，失相由于$1/f$电荷噪声影响的电荷量子比特在一个小的超导电极被成功地抑制使用自旋回波型门电压脉冲。
2003-05-23 cond-mat quant-ph
Markovian theory of dynamical decoupling by periodic control
将最近发展的具有外部周期驱动的量子开放系统的马尔可夫主方程形式应用于周期控制的动力学解耦理论。这种新的方法提供了一个更详细的定量图片，这种现象适用于传统的NMR光谱和最近的尝试减少量子器件中的退相干。对于浴谱密度和两能级系统的流行选择，弛豫速率的精确公式是可用的。在NMR成像的背景下，所获得的公式允许从实验数据中提取描述浴弛豫时间的新参数。
2015-08-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Environmental noise spectroscopy with qubits subjected to dynamical decoupling
由于经典高斯噪声而受到纯退相的量子比特可以通过利用其在适当选择的动态解耦（DD）序列下的读出来重建噪声的功率谱密度而变成这种噪声的光谱仪。我们回顾了这种基于DD的噪声光谱技术背后的理论，特别注意当环境噪声是非高斯和/或它具有真正的量子特性时出现的问题。虽然我们专注于该方法的理论基础，但我们将讨论的概念与具体实验联系起来，并概述了与基于固态的量子位相关的环境噪声模型，包括基于量子点的自旋量子位，超导量子位和金刚石中的NV中心。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling noise spectroscopy at an optimal working point of a qubit
我提出了一个理论的环境噪声光谱通过动态解耦的量子比特在一个最佳的工作点。考虑到一个序列的$n$脉冲和纯移相由于二次耦合到高斯分布噪声$ξ(t)$，我使用链接集群（累积量）的扩展来计算相干衰减。给出了允许重建噪声谱密度的解决方案。对于相关时间短于相干性衰减的时间尺度的噪声，通过动态解耦过程过滤的噪声可以被视为在大$n$下有效的高斯噪声，并且可以使用公认的噪声光谱学方法来重建$ξ^{2}(t)$噪声的光谱。另一方面，对于占主导地位的低频特性的噪声（具有$β\! > \! 1$的$1/f^β$噪声），累积量展开的无限阶重量化是必要的，并且它导致在长时间内具有幂律尾部的相干衰减的解析公式。在这种情况下，时间$t$处的相干性既取决于$ω\! = \! nπ/t$处的$ξ(t)$噪声的谱密度，又取决于噪声谱的有效低频截止，其通常由数据采集时间的倒数给出。对纯横向噪声引起的退相干的模拟表明，只要脉冲数不是很大，且纵向量子比特分裂远大于横向噪声幅度，本文推导的解析公式就适用于这种经常遇到的最佳工作点的情况。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Computing X-ray absorption spectra from linear-response particles atop optimized holes
状态特定轨道优化密度泛函理论（OO-DFT）方法如限制性开壳层Kohn-Sham（ROKS）方法可以半定量地预测闭壳层分子的X射线吸收光谱。然而，OO-DFT方法要求每个状态被单独优化。在这项工作中，我们提出了一种方法来产生一个近似的核心激发态密度使用的ROKS能量分析，这是能够提供合理的准确性，而不需要特定的状态优化。这是通过完全优化的核心-空穴通过核心电离状态，然后通过使用电子添加配置相互作用单打（EA-CIS），以获得粒子的水平。这种混合方法可以被看作是静态交换（STEX）方法的DFT推广，并可以通过使用PBE和OLYP等局部泛函来获得C-F的K边的$\sim 0.6$ eV RMS误差。这种ROKS（STEX）方法也可以用来识别重要的转变，为全OO ROKS处理，因此可以帮助减少计算成本，获得OO-DFT质量的频谱。因此，ROKS（STEX）似乎是一种有效的预测X射线吸收光谱的有用技术。
2022-03-25 physics.chem-ph quant-ph
Determination of Resonances by the Optimized Spectral Approach
用于确定薛定谔方程的束缚态的瑞利-里兹方法依赖于作为基函数的线性组合的解的谱表示。在文献中已经考虑了几种可能的扩展方法的共振态。在这里，我们提出的应用程序的优化瑞利-里兹方法为此。该方法使用一个包含可调非线性参数的函数基，其值是固定的，从而使变分矩阵的迹平稳。通过允许参数为复数来进行共振的推广。使用不同的基组，我们证明了优化的瑞利-里兹计划与复杂的参数提供了一个有效的算法，用于确定各种一维和球对称势的共振态的能量和寿命。该方法是计算成本低，因为它不需要迭代或预定的初始值。收敛速度优于其他方法。
2012-11-11 physics.atom-ph quant-ph
Optimal pulse spacing for dynamical decoupling in the presence of a purely-dephasing spin-bath
保持量子相干性是量子计算的关键要求，因此保护量子系统免受环境噪声的不可逆破坏是一个重要的开放问题。动态解耦（DD）是一种以较低的控制开销来减小退相干的有效方法。它在量子精密测量中也起着重要的作用，例如它被用于多参数估计。虽然等距控制脉冲序列（CPMG）已普遍用于去耦，但Uhrig最近提出，非等距脉冲序列（UDD）可以增强DD性能，特别是对于环境的频谱密度具有尖锐频率截止的系统。另一方面，对于软截止，等距序列优于UDD。UDD为中间制度提供的相对优势尚不清楚。在本文中，我们分析了相对DD性能在这个制度的实验，使用固态核磁共振。我们的系统量子比特是13 C核自旋，环境由1H核自旋浴组成，其光谱密度接近正态（高斯）分布。我们发现，在这样的浴的存在下，CPMG序列优于UDD序列。光学中的动态解耦和干涉效应之间的类比提供了一个直观的解释，为什么CPMG序列在存在这种环境噪声的情况下优于任何非等距DD序列。
2011-02-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Direct Measurement of the System-Environment Coupling as a Tool For Understanding Decoherence and Dynamical Decoupling
退相干是任何实际实现量子信息处理的主要障碍。减少退相干的主要策略之一是动态解耦-使用外部场来平均环境的影响。只要已知与环境的耦合谱，就可以计算任意控制场下的退相干率。我们提出了一种直接测量浴耦合光谱的光学囚禁超冷原子系综，通过应用光谱窄带控制场。测量的光谱在低频率下遵循洛伦兹形状，但由于阱中原子的振荡运动，在较高频率下表现出非单调特征。这些特征与我们的分析模型和碰撞池的数值蒙特卡罗模拟相一致。从推断的浴耦合谱，我们预测的性能著名的动态解耦序列：CPMG，UDD和CDD。然后，我们将这些序列应用于实验，并将结果与预测进行比较，在弱耦合极限下发现了很好的一致性。因此，我们的工作建立实验的重叠积分形式主义的有效性，是一个重要的一步，实现一个最佳的动态解耦序列为一个给定的测量浴光谱。
2011-03-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Using symmetry-adapted optimized sum-of-products basis functions to calculate vibrational spectra
通过使用低秩乘积和（SOP）基函数，可以在不存储全维向量的情况下计算振动光谱。我们在SOP基函数中引入对称性约束，使得可以分别计算不同对称子群中的状态。这是使用幂方法来计算特征值和交替最小二乘法来优化基函数。由于幂方法有利于最低态的收敛，因此必须注意不要排除某些对称性的基函数。利用对称性便于进行赋值并提高精度。该方法适用于乙腈分子。
2016-01-04 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Bath Dynamical Decoupling with a Quantum Channel
本文将动力学解耦推广至对bath施加量子信道脉冲，证明其有效性等价于脉冲遍历性，并揭示CPTP脉冲下量子Zeno动力学与标准幺正解耦的差异，为新型解耦方案奠定数学基础。
2024-12-18 math-ph math.MP quant-ph
Relativistic Orbital Optimized Density Functional Theory for Accurate Core-Level Spectroscopy
比Ne重的元素的1 s电子的芯能级谱显示出明显的相对论效应。本文结合轨道优化密度泛函理论（OO-DFT）和无自旋精确双组分（X2 C）标量相对论模型，研究了第三周期元素的K边谱。OO-DFT/X2 C被发现是相当准确的预测能量，产生$\sim 0.5$ eV RMS误差与现代扫描（和相关）泛函的实验。这标志着一个显着的改善，$>50$ eV的偏差，是典型的流行的时间相关DFT（TDDFT）的方法。因此，OO-DFT/X2 C很好地再现了实验光谱，而没有用于对齐的经验位移。OO-DFT/X ~ 2C结合了高精度和基态DFT代价，是计算第三周期元素芯能级谱的一条有前途的途径。我们还探索了3d过渡金属的K和L边，以确定OO-DFT/X2 C方法在模拟较重原子光谱中的局限性。
2022-03-30 cond-mat.other physics.atm-clus physics.chem-ph
