Suppressing phase decoherence of a single atom qubit with CPMG sequence
实验证明了在光偶极阱中，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列对存储在单个\textsuperscript{87} Rb原子中的量子比特的退相具有很强的抑制作用.作为自旋回波的重复，CPMG序列是抑制非均匀和均匀相位退相干机制的最佳选择。在波长为830 nm、势深为0.7 mK的陷阱中，单原子自旋弛豫时间为830.8 ms，$T_{2}^{\ast}$的可逆非均匀退相时间为1.4 ms，自旋回波过程中的均匀退相时间为$T_{2}^{\prime}$ =102.7 ms，通过采用脉冲数n = 6的CPMG序列，均匀退相被进一步抑制了3倍，其相应的相干时间延长到$T_{2}^{\prime}$ =304.5 ms。
2013-06-23 physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic refocusing of nuclear spins in Tm3+:YAG
我们表明，核自旋回波的光吸收检测提供了直接访问的自旋浓度，不像大多数相干信号检测技术的信号强度/振幅是很难连接实验与自旋浓度。通过这种方式，我们测量了Tm $^{3+}$：YAG晶体中的自旋重聚焦效率。考虑到这种材料中自旋跃迁的大的不均匀加宽，用通常的硬脉冲程序使自旋重新定相将需要过高的射频功率。相反，我们采用绝热脉冲序列，以低功耗完美地将自旋返回到它们的初始共同取向。
2010-09-22 quant-ph
Scaling of Dynamical Decoupling for Spin Qubits
研究了在单重态-三重态自旋量子比特中，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）和级联动力学退耦（CDD）脉冲序列，π脉冲数n_π对相干时间T2的标度关系.对于偶数个CPMG脉冲，我们发现了幂律T2 =（n_π）^（γ_e），其中γ_e = 0.72 \pm 0.01，基本上与用于提取T2的包络函数无关。从这个令人惊讶的鲁棒值，环境噪声谱的幂律模型S（ω）~ ω^（-β）产生β = γ_e/（1 - γ_e）= 2.6 \pm 0.1。对于CPMG，当n_π为32时，模型的T2（n_π）值β = 2.6，且CDD阶数为3 ~ 6，与实验值吻合较好。
2012-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimizing EPR pulses for broadband excitation and refocusing
本文数值优化了宽带 EPR 脉冲形状以最大化 Hahn 回波幅度，将脉冲参数化为 NN、FS 和 DT 并与优化的 HS 脉冲对比，发现三种参数化方法性能相当且均优于 HS 脉冲，同时具有大量等效最优解，为未来设计提供了灵活性。
2024-11-20 physics.chem-ph 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
Efficient entanglement operator for a multi-qubit system
在液态NMR量子计算中，三量子位分子的量子位2和3之间的选择性纠缠算符通常通过向量子位1施加一对短$π$脉冲来实现。这种方法被称为再聚焦，非常适合于异质分子。然而，当分子是同质的时，施加到量子位1的$π$脉冲经常在量子位2和3上引起不想要的$z$旋转，即使量子位2和3的$z$分量保持不变。这种现象被称为瞬态布洛赫-西格特效应，并且为了精确的栅极操作，需要对其进行补偿。我们提出了一种替代的重聚焦方法，其中将弱方脉冲施加到量子位1。这种技术具有抑制布洛赫-西格特效应的优点，使其适用于异质和同质分子。
2013-10-21 quant-ph
Scalable design of tailored soft pulses for coherent control
我们提出了一个可扩展的方案来设计优化的软脉冲和脉冲序列的相互作用的量子多体系统的相干控制。该方案是基于集团展开和时间相关的微扰理论的数值实现。这种方法在数值效率方面具有显着的优势，并且比常用的Magnus展开更方便，特别是在处理高阶项时。我们通过为具有最近邻耦合的量子比特链设计2阶π脉冲和6阶8脉冲重聚焦序列来说明该方案。我们还讨论了软脉冲重聚焦序列在抑制低频环境引起的退相干方面的性能。
2005-02-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling design for identifying weakly coupled nuclear spins in a bath
识别单电子自旋周围的弱耦合核自旋是利用耦合电子-核自旋系统实现量子信息处理或利用金刚石缺陷自旋进行单自旋核磁共振探测等传感的关键步骤。利用周期性脉冲序列对中心电子自旋的动态解耦控制[例如，Carre-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列]已成功地用于识别单个核自旋和解析核自旋团簇的结构。在这里，我们设计了一种新型的脉冲序列，通过用一组非均匀间隔的$π$ -脉冲替换CPMG序列的重复单元（单个$π$-脉冲）。利用金刚石中的氮空位中心系统，我们表明，设计的脉冲序列提高了核自旋噪声谱的分辨率，并提取了更多的关于周围核自旋的信息。本文提出的动态解耦设计原理在许多系统中是有用的（例如，固体中的缺陷自旋量子位、俘获离子和超导量子位）用于高分辨率噪声光谱。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall 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
Long-lived coherences in strongly interacting spin ensembles
本文在稠密NV中心金刚石系综中使用类CPMG脉冲序列，揭示非理想旋转偏置通过线性有效场保护长寿命相干性，并据此定量表征无序、偶极相互作用及自旋物种密度。
2023-09-27 quant-ph
Soft-Pulse Dynamical Decoupling with Markovian Decoherence
我们认为宽带退相干的重聚焦序列的性能的影响，在考虑应用程序的动态解耦级联与量子纠错码的相干性保护的第一阶段。具体而言，我们构建了有效的退相干算子的累积量扩展的一个通用的对称形状的脉冲驱动的量子比特，并为几个序列的$π$ -和$π/2$ -脉冲。虽然，在一般情况下，在马尔可夫消相干的存在下，去耦序列中的软脉冲的性能比理想的$δ$脉冲的性能差，但它可以通过整形得到实质性的改善。
2009-08-25 quant-ph
Second-order shaped pulses for solid-state quantum computation
我们提出了高度优化的自重聚焦脉冲形状的几个旋转角度的构建和详细的分析。我们的特点是构造脉冲的系数出现在马格努斯展开到二阶。这允许通过计算相应的前导阶误差算子对序列和复合脉冲中构造的形状的性能进行半分析。高阶可以用我们以前提出的数值方法来分析。我们通过分析几个旨在防止脉冲幅度误差的复合脉冲来说明该技术，并对具有现场和最近邻耦合的潜在长链量子位的解耦序列进行说明。
2008-06-16 quant-ph
Utilizing Nitrogen Vacancy Centers to measure oscillating magnetic fields
我们展示了如何氮空位（NV）中心可以用来确定的振幅，相位和频率的未知弱单色和多色振荡磁场仅使用周期性动力学去耦（PDD）和卡尔-珀塞尔-梅布姆-吉尔（CPMG）序列。详细分析了退相干对磁场参数测量的影响，并考虑了不同脉冲序列对退相干的抑制程度不同。由于灵敏度随着感测时间的增加而增加，而由于退相干而降低，因此我们使用Fisher信息矩阵来优化应该使用的脉冲数。
2014-04-11 quant-ph
Measuring the environment of a Cs qubit with dynamical decoupling sequences
本研究在光陷俘中性Cs原子上实验实现了CPMG动力学解耦，将量子比特相干时间提升一个数量级以上，并利用滤波函数测量了背景噪声谱，为超冷Rb浴中单原子噪声光谱学奠定基础。
2023-06-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Comparison of dynamical decoupling protocols for a nitrogen-vacancy center in diamond
我们对金刚石中氮空位中心的动力学退耦进行了详细的理论和实验研究。我们研究了DD序列应用于抑制耦合到由取代氮原子组成的自旋浴引起的NV中心的电子自旋的退相。研究了各种DD方案的解耦效率，包括周期和周期脉冲序列。对于理想的控制脉冲，我们发现，DD协议与Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）的脉冲定时提供了最好的性能。我们发现，随着控制脉冲的数量的增加，去耦保真度标度定性不同的马格纳斯膨胀的预测，并解释了这种差异的起源。特别是，更高级的对称化或级联协议不会提高DD性能。接下来，我们调查的系统仪器脉冲误差在不同的周期性和非周期性脉冲序列的影响。单轴控制的DD协议在存在脉冲误差的情况下不能保留所有的自旋分量，并且需要双轴控制。我们证明了两个轴的控制序列与CPMG定时是非常强大的脉冲误差。脉冲误差的影响可以通过对称化该协议来进一步减小。对于这里研究的所有协议，我们提出了一个详细的帐户的脉冲误差参数，使最强的DD性能的影响。最后，我们给出了具体的建议，选择解耦协议的系统进行调查。
2012-02-02 cond-mat.mes-hall 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
Experimental Uhrig Dynamical Decoupling using Trapped Ions
我们提出了一个详细的实验研究的Uhrig动态解耦（UDD）序列在各种噪声环境中。我们的量子位系统由限制在潘宁陷阱中的$^{9}$ Be $^{+}$离子的晶体阵列组成。我们使用电子自旋翻转跃迁作为我们的量子位流形，并使用124 GHz的微波系统驱动量子位旋转。我们研究了UDD序列在减轻相位误差的效果，并与众所周知的CPMG式多脉冲自旋回波作为脉冲数，旋转轴，噪声谱和噪声强度的函数进行比较。我们的结果与经典相位噪声下量子比特退相干的理论预测一致，考虑了有限持续时间$π$脉冲的影响。最后，我们证明了Uhrig序列是更强大的对系统的过/欠旋转和失谐误差比多脉冲自旋回波，尽管精确的处方脉冲定时在UDD。
2009-05-14 quant-ph
Optimized Dynamical Decoupling in a Model Quantum Memory
我们提出了一个模型量子系统的实验测量，证明我们有能力显着抑制量子比特的错误率的应用优化的动态去耦脉冲序列在各种实验相关的噪声环境。我们提供了第一个演示的分析推导的脉冲序列开发的Uhrig，并通过主动，实时的实验反馈发现新的序列。这些新的序列是专门定制的，以最大限度地抑制误差，而不需要周围噪声环境的先验知识。我们将这些序列与Uhrig序列和完善的CPMG式自旋回波进行比较，表明我们的局部优化脉冲序列优于测试中的所有其他序列。数值模拟表明，我们的局部优化脉冲序列能够抑制误差的数量级超过其他现有的序列。我们的工作包括扩展的治疗，以预测量子位退相干在现实条件下，包括使用有限的持续时间，平方$π$脉冲，产生强烈的协议之间的实验数据和理论的任意脉冲序列。这些结果证明了通过跨各种量子位技术的动态解耦技术来抑制量子位存储器错误的鲁棒性。
2009-01-05 quant-ph
Anomalous behavior of control pulses in presence of noise with singular autocorrelation
我们报告了自旋-自旋弛豫条件下的自旋控制脉冲的反常行为，以及具有奇异自相关函数的经典噪声。对于具有解析自相关函数的噪声，未检测到此行为。这种效应表现在实际脉冲与理想瞬时脉冲的偏差的不同标度行为中。当标准脉冲显示缩放$\propto τ_\mathrm{p}^1$时，一阶重聚焦脉冲通常显示缩放$\propto τ_\mathrm{p}^2$。但是在噪声自相关中存在尖点的情况下，发生缩放$\propto τ_\mathrm{p}^{3/2}$。自相关中的尖点是具有洛伦兹形状的谱密度的噪声中的快速波动的特征。我们证明了反常指数是不可避免的，它代表了一个基本极限。一方面，这重新定义了设计重聚焦脉冲必须采用的策略。另一方面，反常指数，如果在实验中发现，提供了重要的信息的噪声特性。
2014-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Spin dynamics during chirped pulses: applications to homonuclear decoupling and broadband excitation
扫频脉冲已经在广泛的领域中找到了应用，包括需要有效控制自旋的光谱技术。对于许多这些应用，在这些脉冲过程中自旋系统的演变的良好理解起着至关重要的作用，不仅在描述技术的机制，而且在启用新的方法。在磁共振波谱学中，使用这些脉冲的宽带反演、重新聚焦和激发是NMR、ESR、MRI和$in$ $vivo$ MRS中最常用的应用之一。在本综述中，将介绍啁啾脉冲的一般表达式，以及通过著名的Liouville-von Neumann方程和较少探索的Wei-2方程的解计算啁啾脉冲期间自旋动力学的一些数值方法。诺曼李代数以及全面的例子。在这两种情况下，自旋状态轨迹计算使用的微分方程的解决方案。此外，所提出的方法来研究自旋动力学在PSYCHE脉冲元素的宽带homomandescent去耦和CHORUS序列的宽带激励的应用程序将被提交。
2020-08-12 quant-ph
Effects of time reversal symmetry in dynamical decoupling
动态退耦（DD）是一种在噪声环境中保持量子力学态相干性的技术。它使用反转脉冲序列通过周期性地重新聚焦它们来抑制环境扰动。已经表明，不同的反转脉冲序列显示出非常不同的性能，特别是还涉及实验脉冲缺陷的校正。在这里，我们专门调查的作用，时间反演对称性的脉冲序列的积木。我们表明，使用时间对称的积木往往提高了序列的性能相比，由时间不对称的积木形成的序列。使用量子态层析成像的序列所产生的回波，我们分析了导致保真度损失的机制，并展示了如何通过适当的级联去耦脉冲的相关块来补偿它们。
2011-10-05 quant-ph
Keeping a Single Qubit Alive by Experimental Dynamic Decoupling
我们展示了使用动态解耦技术来延长一个单一的记忆量子比特的相干时间近两个数量级。通过扩展哈恩自旋回波技术，以纠正未知的，任意的多项式变化的量子位的进动频率，我们分析表明，所需的序列的π脉冲是相同的乌里克动态去耦（UDD）序列。我们比较UDD和CPMG序列应用于一个单一的Ca-43捕获离子量子比特，发现它们在我们的周围噪声环境中提供了相当的保护。
2010-11-28 quant-ph
Fault-tolerant hyper-Ramsey spectroscopy of optical clock transitions with dynamical decoupling
Centre for Quantum Technologies, Department of Physics, Sofia University（索非亚大学量子技术中心物理系）；Sorbonne Université CNRS, MONARIS, UMR 8233（索邦大学CNRS，MONARIS实验室）；MajuLab, International Research Laboratory IRL 3654, Université Côte d’Azur, Sorbonne Université, National University of Singapore, Nanyang Technological University（新加坡国立大学-索邦大学-尼斯蔚蓝海岸大学南洋理工大学联合研究实验室）；Center for Quantum Technologies, Nanyang Technological University（南洋理工大学量子技术中心）；Nanyang Quantum Hub, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学理学院南洋量子枢纽）；Laboratoire de Physique des Lasers, CNRS, Université Sorbonne Paris Nord（巴黎北索邦大学CNRS激光物理实验室）
本研究提出一种容错动态解耦超拉姆塞光谱学方法，用于提高超窄钟跃迁探测的鲁棒性和精度。
2026-08-24 physics.atom-ph quant-ph
Optimal control for quantum detectors
量子系统是检测微弱信号的有希望的候选者，因为它们在估计外场参数时可以提供无与伦比的性能。然而，当试图检测被背景噪声隐藏的弱信号时，信噪比是比原始灵敏度更相关的度量。我们确定，在适度的假设下的统计特性的信号和噪声，最佳的量子控制检测外部信号的背景噪声的存在下，使用量子传感器。有趣的是，对于白背景噪声，最佳的解决方案是简单和众所周知的自旋锁定控制方案。我们进一步推广，使用数值技术，这些结果的背景噪声是一个相关的洛伦兹谱。我们发现，对于增加相关时间，基于脉冲的序列，如CPMG也接近最优控制检测信号，交叉依赖于信号频率。这些结果表明，一个最佳的检测方案可以很容易地实现在近期的量子传感器，而不需要复杂的脉冲整形。
2020-05-12 quant-ph
The robustness of composite pulses elucidated by classical mechanics: Stability around the globe
本文利用经典力学稳定性矩阵解释复合脉冲的鲁棒性，将布洛赫球运动映射到正则坐标，揭示系综重新聚焦的方向性，并以Levitt的$90(x)180(y)90(x)$脉冲为例验证了该方法。
2025-07-02 physics.atom-ph physics.class-ph quant-ph
Design and application of robust rf pulses for toroid cavity NMR spectroscopy
我们提出了强大的射频（rf）脉冲，容忍的因素，在B1场的不均匀性，显着提高了潜在的环形腔谐振器的NMR光谱应用。基于最优控制理论，采用梯度上升脉冲工程（GRAPE）算法对点到点（PP）和酉旋转（UR）脉冲进行了激励、反演和重聚焦优化。此外，应用于绝热BIR-4 UR脉冲方案的优化参数化（OP）算法实现了超短（50微秒）脉冲，与标准实现相比具有可接受的性能。OP还发现了一类新的非绝热脉冲形状，在BIR-4框架内具有改进的性能。然而，没有一个OP-BIR 4脉冲与更普遍优化的UR脉冲竞争。新脉冲的优点在模拟和实验中得到了证明。特别是，这里提出的DQF COSY结果代表了使用环形探针的2D NMR光谱的第一个实施。
2010-11-29 physics.chem-ph quant-ph
Performance comparison of dynamical decoupling sequences for a qubit in a rapidly fluctuating spin-bath
避免量子力学态的相干性损失是量子信息处理的重要前提。动态退耦（DD）是保持相干性的最有效的实验方法之一，特别是当人们只能访问量子比特系统而不能访问其环境（浴）时。它涉及对系统施加脉冲，其净效应是系统-环境相互作用的逆转。然而，在任何真实系统中，环境都不是静态的，因此如果重聚焦脉冲之间的间隔变得与环境的相关时间相当或比环境的相关时间更长，则系统-环境相互作用的反转变得不完美。因此，如果脉冲之间的间隔减小，则重新聚焦的效率提高。在这里，我们量化不同的DD序列在保持不同的量子态的效率。我们使用13 C核自旋作为量子比特，1H核自旋作为环境，通过磁偶极-偶极耦合耦合到量子比特。质子自旋之间的强偶极-偶极耦合导致快速波动的环境，相关时间为100 us。我们的实验结果表明，脉冲之间的短延迟产生更好的性能，如果他们相比，浴相关时间。然而，当脉冲间隔变得比浴相关时间短时，达到最佳。对于甚至更短的延迟，脉冲不完整性超过退相干损失并导致量子态衰减。
2010-09-28 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.gen-ph
Fast Generation of Metrologically Relevant Fock State Mixtures
针对超越标准量子极限的位移计量，提出快速激光脉冲序列生成捕获离子运动的非热福克态混合态。利用极化子框架确定共振工作点，通过两次校准抑制残余不忠实度，数值模拟显示改进可保持制备误差并恢复费舍尔信息。
2026-07-28 quant-ph
Variational protocols for emulating digital gates using analog control with always-on interactions
本文针对中性原子量子模拟器设计变分脉冲序列，在始终开启相互作用下实现单、多量子比特门层，并可支持重聚焦、SWAP网络与量子化学模拟，为模拟处理器运行变分量子算法提供新路径。
2024-05-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamical Decoupling using Universal Optimal Tracking
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Department of Computer Science, Royal Holloway, University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院计算机科学系）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）
提出一种通用最优跟踪方法，通过监测量子比特在预定义航点的演化动态补偿残余误差，设计出短而鲁棒的动态解耦序列，在超导量子比特平台上实验验证了误差累积的抑制。
2026-10-27 quant-ph
Tuning Spectral Properties of Individual and Multiple Quantum Emitters in Noisy Environments
动态环境中的量子发射体可能使其能级随波动浴而不受控制地及时漂移。这可能导致发射/吸收光谱在广泛的频率范围内扩展，并对各种应用提出了挑战性的障碍。我们考虑一个量子发射器在一个环境中，改变的能级，使发射频率表示为高斯随机分布在一个给定的平均值与给定的标准偏差和相关时间。我们研究了该系统的发射光谱时，它被放置在一个有限宽度的周期序列的$π$脉冲的影响。我们表明，这种外部场协议可以有效地克服光谱扩散在这个系统中重新集中的大部分的发射光谱的脉冲载波频率。我们进一步考虑两个这样的发射器在不同的噪声环境中，并发现，双光子干涉操作可以有效地由两个系统上施加的有限宽度的脉冲序列。最后，我们表明，一个名义上类似的发射器，每个具有不同的环境，从而随机移动的发射频率，可以有其整体发射光谱，否则将不均匀地扩大根据随机分布，重新聚焦到一个线形与一个明确的中心峰，具有一个单独的孤立的非噪声发射器的线宽。这些结果表明，对于这种特定的模型的噪声环境，保护的频谱特性的外部控制协议在这里表示的有限宽度脉冲的周期性序列。
2022-07-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
