Counting statistics of microwave photons in circuit QED
在用于量子计算的超导电路架构中，微波谐振器通常用于将量子位与电磁环境隔离并促进量子位状态读出。我们分析了完整的计数统计的光子从这样的驱动读出谐振器中发出的色散近似和超越。我们计算了两个量子比特态的发射光子分布之间的重叠，并探索了最小化的策略，目的是提高强度敏感读出技术的保真度。在色散近似和可忽略的量子位弛豫下，两种分布都是泊松分布，它们之间的重叠可以很容易地变得任意小。非色散项的哈密顿量产生压缩和Purcell衰减与后者的效果给两个分布之间的重叠的主要贡献。
2020-05-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity single-shot readout for a spin qubit via an enhanced latching mechanism
基于自旋封锁的半导体自旋量子比特的读出速度快，但受到小的电荷信号的影响。以前的工作表明，额外的电荷映射过程有很大的好处，但是关于潜在的机制和可实现的保真度仍然存在不确定性。在这项工作中，我们研究了两种变化的增强锁存读出的单发保真度和限制机制。对于常规和增强读出，我们分别实现了> 99.3%和> 99.86%的平均单次读出率，后者是迄今为止自旋封锁的最高值。信号幅度被增强到完整的单电子信号，同时保持读出速度。此外，因为电荷传感器信号不再依赖于与常规（2，0）-（1，1）电荷偶极子对准，所以放宽了布局约束。硅施主量子点量子位用于这项研究，其中偶极子不敏感性大大放宽施主放置要求。读出的变化之一也受益于参数寿命增强取代自旋弛豫过程与电荷亚稳的。这提供了进一步提高保真度的机会。在不同的制度的弛豫机制进行了研究。这项工作表明，读出速度快，有一个电子信号，并导致更高的保真度。它进一步预测，在几微秒的测量时间内超过99.9%的保真度是可以实现的。
2018-01-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-reciprocal Pauli Spin Blockade in a Silicon Double Quantum Dot
本研究在硅双量子点中实验发现一种新的、普遍的泡利自旋阻塞解除机制，源于不同自旋流形间的非相干隧穿，并测得迄今最大的自旋流形耦合7.90 μeV，有望实现全电学量子比特控制。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement-induced qubit state mixing in circuit QED from up-converted dephasing noise
我们观察到测量诱导的量子比特态混合在一个transmon量子比特色散耦合到一个平面读出腔。我们的研究结果表明，在量子位读出失谐频率的退相噪声是由读出光子上转换，造成虚假的量子位状态转换，从而限制了读出的非破坏性字符。此外，我们使用量子比特跃迁率作为工具，以提取在f ~ 1 GHz的等效通量噪声谱密度，并找到从$1/f^α$拟合到低于1 Hz的测量通量噪声谱密度的外推值的协议。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Pauli Spin Blockade in a Resonant Triple Quantum Dot Molecule
量子点系统中的泡利自旋阻塞是指仅允许某些自旋态的电荷输运，它已成为半导体自旋量子位器件中的一种有效工具。本文从理论上研究了在外加磁场作用下，由三个相同量子点组成的三重量子点分子中的泡利自旋阻塞。当三电子态与二或四电子态共振时，Aharonov-Bohm振荡和塞曼分裂导致周期性的自旋阻塞效应。我们专注于在两个和三个电子共振的自旋封锁，并表明，我们可以调整的磁场，选择性地只允许自旋单重态或自旋三重态添加一个额外的电子从隧道耦合的铅。这种自旋阻断使三个量子点保持在对抗电荷噪声的最佳甜蜜点，证明了其作为量子点系统中量子位的有效读出方案的潜力。
2022-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity QED with separate photon storage and qubit readout modes
我们提出了实现腔量子电动力学设置，其中强烈不同的寿命的光子工程在不同的谐波模式相同的腔。我们在超导传输线谐振器中实现了这一点，超导量子比特耦合到不同的模式。一个腔模式强耦合到用于量子比特状态读出的检测线，而第二个长寿命模式用于光子存储和相干量子操作。我们演示了基于边带的光子相干性测量，n个光子Fock态的产生和边带Rabi频率与n的平方根的缩放，使用可以扩展到实现基于边带的双量子位逻辑门的方案。
2009-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Impact of valley phase and splitting on readout of silicon spin qubits
我们研究了谷自由度对硅中自旋量子位的保利自旋封锁读出的影响。谷分裂能量设置单重态-三重态分裂，从而限制失谐范围。谷相位差控制谷内和谷间隧道耦合的相对强度，在所提出的保利自旋封锁读出方案中，谷内和谷间隧道耦合分别耦合单线态和极化三线态。我们发现，高保真度读出是可能的相位差的范围很广，同时考虑到实验观察到的谷分裂和隧道耦合。我们还表明，谷分裂的控制与读出失谐的优化一起可以补偿谷相位差的影响。为了提高测量保真度和延长弛豫时间，我们提出了一个锁存协议，需要一个三重量子点，并利用弱远程隧道耦合。这些机会对于缩放自旋量子比特系统和提高量子比特读出保真度是有希望的
2018-03-05 cond-mat.mes-hall
Nonclassical Light Generation from III-V and Group-IV Solid-State Cavity Quantum Systems
在这一章中，我们介绍了利用半导体腔量子电动力学（QED）平台产生光的非经典态的最新进展。我们的重点是光子封锁效应，使无法区分的光子流的产生具有高纯度和效率。从光学纳米腔中InGaAs量子点的领先平台开始，我们回顾了与腔强耦合的单个量子发射器的物理。此外，我们还提出了一个完整的III-V族量子点腔QED系统的光子阻塞和隧穿模型。转向量子发射器与小的不均匀加宽，我们提出了一个新的实验的基础上，IV族色心系统的非经典光产生的方向。我们提出了一个模型的多发射腔QED平台，其特点是更丰富的修饰态梯形结构，并显示它如何可以提供机会，研究新的制度的高质量的光子封锁。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High Fidelity Single-Shot Singlet-Triplet Readout of Precision Placed Donors in Silicon
在这项工作中，我们进行直接单次读出的单重态，三重态的交换耦合电子限制在硅中的精确放置的施主原子。我们的方法利用了由Pauli自旋阻塞的（2，0）三重态给出的大的能量分裂，由此我们可以实现98.4 $\pm$ 0.2%的单次读出保真度。我们测量的三重态负弛豫时间是在2.5 T的顺序为3秒，并观察到其预测的减少作为磁场的函数，达到0.5秒在1 T。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Identification and mitigation of errors in hole spin qubit readout
本文在锗双量子点空穴自旋量子比特中分析并缓解读出误差，通过优化自旋-电荷转换、双重锁存方案和磁场参数，实现了97.0%的单次态制备与测量保真度，为当前空穴自旋量子比特最高水平。
2026-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Amplified and tunable transverse and longitudinal spin-photon coupling in hybrid circuit-QED
我们描述了一种方法来调整，在原位，在横向和纵向之间的光-物质耦合的混合电路QED器件组成的电子自旋自由度耦合到微波传输线腔。我们的方法依赖于耦合本身的周期性调制，使得在特定帧中，相互作用既被放大，又被横向放大，或者通过在两个频率下调制而被纵向放大。前者实现了一个有效的模拟的某些方面的超强耦合制度，而后者允许一个实施纵向读出方案，即使当固有的哈密顿量是横向的，和个人的自旋或腔频率不能改变。我们分析了使用这样的计划来测量电子自旋自由度的状态的保真度，并认为纵向读出计划可以在传统的色散方法失败的制度。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Current hot spot in the spin-valley blockade in carbon nanotubes
本文从理论上研究了直碳纳米管中双量子点的自旋谷阻塞输运效应。我们发现，由于短程杂质的谷间散射完全解除了自旋谷封锁，并在一定范围内的外部磁场矢量感应出大的漏电流。这种电流热点的出现是由于不同的有效磁场作用于两个量子点的自旋谷量子比特态。我们的预测与最近的测量结果进行了比较[F。Pei等人，国家纳米技术7，630（2012）]。我们讨论了封锁为基础的计划量子位初始化/读出，和运动传感的纳米管为基础的机械谐振器的影响。
2014-01-29 cond-mat.mes-hall
Prospects of cooling a mechanical resonator with a transmon qubit in c-QED setup
基于超导量子比特的混合器件已经成为控制宏观谐振器量子态的一个有前途的平台。量子比特所增加的非线性可以是这种控制的宝贵资源。在这里，我们研究一个混合系统组成的机械谐振器纵向耦合到transmon量子比特。量子位读出可以通过耦合到读出模式来完成，如在c-QED设置中。机械谐振器和transmon量子比特之间的耦合可以通过调制SQUID电感来实现。在这样一个三方系统中，我们分析了所有三个模式分散耦合时的机械模式的稳态占领。我们使用量子噪声和Lindblad形式主义表明，边带冷却的机械模式到其基态是可以实现的。我们进一步实验证明，热机械运动的测量是可能的色散极限，同时保持量子比特和机械模式之间的大耦合。我们的理论计算表明，单光子强耦合是在实验范围内，在这样的混合设备。
2022-05-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pauli spin blockade in CMOS double quantum dot devices
硅量子点是开发可扩展的、基于自旋的量子比特的有吸引力的候选者。双量子点中的泡利自旋封锁提供了一种有效的、与温度无关的量子比特读出机制。在这里，我们报告的传输实验在双栅极纳米线晶体管发出的CMOS工艺在300毫米绝缘体上硅晶片。在低温下，器件表现为两个串联的少电子量子点。我们观察到的签名泡利自旋封锁的单重态-三重态分裂范围从0.3至1.3毫电子伏。磁输运测量表明，转换，保存自旋被证明是磁场无关的B = 6 T。
2017-04-24 cond-mat.mes-hall
Fast readout for large scale spin-based qubits
Hitachi Cambridge Laboratory, Hitachi Europe Ltd.（日立剑桥实验室，日立欧洲有限公司）；University of Cambridge（剑桥大学）；CEA-Leti, Univ. Grenoble Alpes（法国原子能和替代能源委员会-技术研究与创新研究所，格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；QuantrolOx Ltd., Oxford Centre for Innovation（QuantrolOx有限公司，牛津创新中心）
本文提出了一种在硅双量子点中快速读取泡利自旋阻塞现象和点间耦合可调性的方法，通过双栅层技术实现点间耦合调谐，利用门基反射计量技术实现电荷传感和自旋读取，为大规模工业标准硅自旋量子比特阵列的快速读取奠定了基础。
2026-03-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Pauli spin blockade in carbon nanotube double quantum dots
我们报道了杂质定义的碳纳米管双量子点中的泡利自旋阻塞。我们观察到一个显着的电流抑制负源极-漏极偏置电压的量子点的对称和非对称耦合的引线进行了研究。测得的微分电导同意与理论模型的双量子点系统中的自旋封锁制度，使我们能够估计相关的单重态和三重态的占用概率。这项工作表明，在纳米管量子点中有效的自旋到电荷转换是可行的，并打开了在不受与核自旋的超精细相互作用限制的材料中进行单自旋读出的可能性。
2008-05-27 cond-mat.mes-hall
Dispersively detected Pauli Spin-Blockade in a Silicon Nanowire Field-Effect Transistor
本文在硅纳米线场效应晶体管双量子点中，利用栅极射频反射法实现色散读出，观测到泡利自旋阻塞并测得145 μeV谷-轨道劈裂，展示了CMOS技术用于单态-三重态量子比特的潜力。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall
Electron cascade for spin readout
限制在半导体量子点阵列中的电子同时具有电荷和自旋自由度。自旋提供了一个良好的可控和长寿的量子位实现。点阵列中的电荷配置受到库仑排斥的影响，并且相同的相互作用使得电荷传感器能够探测这种配置。在这里，我们表明，库仑排斥允许初始电荷跃迁，以诱导随后的电荷跃迁，诱导级联的电子跳跃，像推倒多米诺骨牌。级联可以沿着量子点阵列在一段距离上传输信息，该距离远超过直接库仑排斥的效果。我们证明，级联的电子可以结合泡利自旋封锁读出自旋使用远程电荷传感器。我们在1.7 $\mathrmμ$ s内实现了> 99.9%的自旋读出保真度。基于级联的读出使得能够操作密集堆积的二维量子点阵列，其中电荷传感器放置在外围。这种阵列的高连通性极大地提高了量子点系统用于量子计算和模拟的能力。
2020-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin and Orbital Spectroscopy in the Absence of Coulomb Blockade in Lead Telluride Nanowire Quantum Dots
我们研究了半导体碲化铅纳米线器件中的量子点。由于PbTe中双极输运的可及性，量子点可以被电子和空穴占据。由于PbTe的介电常数非常大，约为1000，我们没有观察到库仑阻塞，这通常会混淆轨道和自旋谱。我们提取大的和高度各向异性的有效朗德g因子，在20-44的范围内。库仑阻塞的存在允许直接读出，在零源极-漏极偏压下，高达600微电子伏的自旋轨道杂化能量。这些自旋性质使得最近合成的IV-VI族材料家族的成员PbTe纳米线作为量子技术（例如自旋和拓扑量子比特）的材料平台具有吸引力。
2022-05-22 cond-mat.mes-hall
Valley-spin blockade and spin resonance in carbon nanotubes
在III-V族材料制成的量子点中，自旋量子比特的操纵和读出成功地依赖于泡利封锁，泡利封锁禁止自旋三重态和自旋单重态之间的跃迁。IV族材料中的量子点具有通过仅用零自旋核纯化它们来避免来自超精细相互作用的退相干的优点。IV族材料的复杂性来自电子能带结构中的谷简并。这些导致复杂的多重态，即使是双电子量子点，从而显着削弱泡利封锁的选择规则。直到最近才在硅器件中实现了自旋量子比特，其中谷简并度被应变和空间限制提升。在碳纳米管中，通过无序提升谷简并可以观察到泡利阻断。在干净的纳米管中，量子点必须做得超小，以获得相关多重态之间的大能量差。在这里，我们报告低无序纳米管，并证明泡利封锁的基础上谷和自旋选择规则。我们利用纳米管的带隙来获得大的能级间距，从而获得稳健的封锁。单电子自旋共振检测使用封锁。
2012-10-09 cond-mat.mes-hall
Readout of carbon nanotube vibrations based on spin-phonon coupling
我们提出了一个基于自旋的检测悬浮碳纳米管弯曲运动的方案，利用曲率诱导的自旋轨道相互作用。我们表明，由此产生的有效的自旋-声子耦合可以用来下转换的高频振动调制的自旋轨道场自旋翻转过程在一个更低的频率。这种振动诱导的自旋共振可以用轴向磁场控制。我们提出了一个泡利自旋封锁读出方案，并预测泄漏电流显示出明显的峰值作为外部磁场的函数。而谐振峰允许频率读出，稍微偏离谐振的电流对振动幅度敏感。
2011-10-24 cond-mat.mes-hall
Complete readout of two-electron spin states in a double quantum dot
我们提出并证明了用静电计探测双量子点中双电子系统的自旋态的完全读出。该协议是基于重复的Single Shot测量使用泡利自旋封锁和我们的能力，以调整在快速的时间尺度上的失谐和interdot隧道之间的耦合GHz和亚赫兹制度。三个不同的操纵和测量的序列允许确定自旋是否处于S、Tzero、Tplus或Tminus状态。这项工作的重点是减少自旋读出的开销，这是扩大自旋量子位平台的一个重要挑战。
2022-09-01 cond-mat.mes-hall
Enhanced qubit readout using locally-generated squeezing and inbuilt Purcell-decay suppression
介绍并分析了一种色散量子比特读出方案，该方案在测量腔中直接产生双模压缩。由此产生的噪声抑制使得能够快速、高保真地读出自然弱耦合的量子位，并且能够通过削弱强耦合的量子位的耦合来保护强耦合的量子位免于退相干。与其他利用压缩的方法不同，我们的设置避免了以高保真度传输和注入外部产生的压缩态的困难任务。我们的设置对于不需要的非QND反作用效应也具有惊人的鲁棒性，因为干扰自然会抑制Purcell衰减：系统充当自己的Purcell滤波器。我们的设置是兼容的实验状态的最先进的电路QED系统，但基本的想法也可以在其他系统中实现。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bipolar spin blockade and coherent state superpositions in a triple quantum dot
基于双量子点中相互作用自旋的自旋量子比特已经被成功地证明。量子位状态的读出涉及自旋到电荷信息的转换，这通常是通过利用泡利不相容原理产生的自旋阻塞现象来实现的。双量子点中的典型自旋阻塞输运特征采取整流电流的形式。目前正在开发包括三重量子点在内的更复杂的自旋量子位电路。在这里，我们从实验和理论两方面证明：（a）在线性三重量子点电路中，自旋阻塞变为双极，电流在两个偏置方向上都受到强烈抑制;（b）一种新的量子相干机制变得相关。在这种机制中，电荷通过相干态从线性三点电路的一端非直观地转移到另一端，而不涉及中心位置。我们的研究结果在未来复杂的纳米自旋电子电路的影响。
2013-10-19 cond-mat.mes-hall
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
Fast high-fidelity single-shot readout of spins in silicon using a single-electron box
量子处理器中读出系统的三个关键指标是测量速度、保真度和占用空间。快速高保真读出实现了中间电路测量，这是许多动态算法和量子纠错的必要功能，而小尺寸有助于设计可扩展的高度连接架构，并提高计算性能。在这里，我们提出了两个互补的演示，使用紧凑的，分散的电荷传感器：一个射频单电子盒的快速高保真单次读出硅量子点中的自旋。该传感器尽管需要比传统探测器更少的电极，但在不到6 $μ$ s的时间内实现了99.2%的自旋读出保真度。我们证明，低损耗高阻抗谐振器，高度耦合到感测点，结合约瑟夫森参量放大有助于实现最佳性能。我们量化泡利自旋封锁的好处自旋相关的隧穿到水库，作为这些读出方案中的自旋-电荷转换机制。我们的研究结果将分散电荷传感置于可扩展半导体自旋量子处理器读出方法的最前沿。
2022-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Singlet-triplet-state readout in silicon-metal-oxide-semiconductor double quantum dots
本研究针对硅基双量子点单重态-三重态读出中阈值法受弛豫和信噪比限制的问题，实现了增强型锁存读出，并引入机器学习将模拟单迹读出保真度提升至99.67%，为大规模量子计算的高保真读出提供了新方案。
2023-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of the photon-blockade breakdown phase transition
在阻尼驱动的开放量子系统中，当外部参数的连续调节导致两个鲁棒定态之间的转变时，存在非平衡相变。在二阶转变中，这种变化在临界点处是突然的，而在一阶转变中，两相可以共存于临界滞后域中。本文报道了在一个驱动电路量子电动力学（QED）系统中观察到的一阶耗散量子相变。当驱动功率增加，被驱动腔-原子系统的光子阻塞被打破时，就会发生这种现象。所观察到的实验签名是具有由驱动强度控制的不同权重的双峰相空间分布。我们的测量表明，当量子系统的大小从一个增加到三个人工原子时，经典吸引子的稳定性提高到毫秒范围。这种稳定的指针态的形成可以用于新的量子测量方案或研究多光子量子多体相位。
2016-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Interplay of Pauli blockade with electron-photon coupling in quantum dots
本研究推导理论框架，探究泡利阻塞整流电流的双量子点与微波谐振器的相互作用，通过谐振器输出场推断漏电流、分析硅量子点谷简并限制并量化光子反作用，助力自旋量子比特表征。
2024-11-27 cond-mat.mes-hall
A tunable quantum dissipator for active resonator reset in circuit QED
我们提出了一种基于可调谐耗散模式的快速确定性谐振器复位方法。该整流器基于具有相对低的品质因数的约瑟夫森结。当谐振器被调谐成与高质量微波谐振器谐振时，谐振器光子以比谐振器弛豫速率快几个数量级的速率被谐振器吸收。我们确定了实现可调谐光放大器的最佳参数，并研究了该光放大器在电路量子电动力学中去除量子比特读出腔中杂散光子布居的应用。我们表明，即使在非线性大光子占用制度，这种增强的谐振腔衰减率可以通过适当的调制的振荡器频率。
2018-11-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Triplet-assisted leakage during singlet-triplet qubit readout with a quantum point contact
Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）
该研究扩展了单重态-三重态量子比特的量子点接触读出理论，纳入三重态隧穿至相邻量子点高能级的过程，通过主方程与模拟揭示其对读出特征的影响，确定了交叉点由能级间距决定。
2026-05-04 cond-mat.mes-hall
Maximizing the nondemolition nature of a quantum measurement via an adaptive readout protocol
UNSW Sydney（新南威尔士大学）；Diraq Pty. Ltd.（Diraq有限公司）；University of Melbourne（墨尔本大学）；Keio University（庆应义塾大学）
本文提出一种自适应读取协议，用于提高量子测量的非破坏性，通过在单次正结果后切换到剩余子空间，减少测量引起的误差，并在硅中核量子比特上实现了读取保真度的提升。
2025-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Active resonator reset in the nonlinear dispersive regime of circuit QED
我们提出了两个脉冲方案，主动耗尽测量光子从读出谐振腔中的非线性色散制度的电路QED。一种方法使用以测量结果为条件的数字反馈，而另一种方法是无条件的。在没有解析形式和对称性，利用在这个非线性制度，耗尽脉冲的数值优化使用鲍威尔方法。我们缩短了超过六个逆谐振腔线宽相比，被动耗尽等待光子耗尽时间。我们通过模拟辅助量子比特在重复代码中执行重复的量子奇偶校验来量化收益。快速耗尽在1微秒的周期时间内将伪错误检测事件的平均周期数从1阶增加到75阶。
2016-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal for generating and detecting multi-qubit GHZ states in circuit QED
提出了电路量子电动力学中多比特GHZ态的制备和纠缠检测方法。使用适合于弱连续测量情况的量子轨道模拟，我们证明了多个量子比特的联合色散读出可以用于高保真GHZ态的概率产生。当对记录的零差信号采用非线性滤波器时，发现所选择的状态在实际条件下表现出超过2的Bell-Mermin算子的值。我们讨论了潜在的色散读出证明违反Mermin约束，并提出了一个测量方案，避免了全探测器断层扫描的必要性。
2009-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Identifying Pauli blockade regimes in bilayer graphene double quantum dots
最近在二维材料量子点平台上对电流封锁的实验观察为自旋和谷量子比特处理开辟了新的途径。受实验结果的启发，我们构建了一个模型，捕捉微妙的相互作用的库仑相互作用，点间隧穿，塞曼分裂，和内在的自旋轨道耦合在一个双量子点结构来模拟泡利封锁。分析相关的Fock-子空间的广义哈密顿量，再加上密度矩阵主方程技术的运输整个设置，我们确定了一般类的封锁机制。最重要的是，与人们普遍认为的相反，我们表明，负责保利封锁的传导和阻塞状态是所有自由度的耦合效应的结果，并且不能仅使用自旋或谷伪自旋来解释。然后，我们数值预测的制度，泡利封锁可能会发生，并为此，我们验证我们的模型对实际的实验数据，并提出我们的模型可以用来生成数据集的不同值的参数与训练的机器学习算法的最终目标。我们的工作提供了一个可预测的理论辅助实验实现单次读出的自旋和谷态的DQD基于二维材料平台的使能平台。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Four-state discrimination for a pair of spin qubits via gate reflectometry
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
本文提出基于门反射计量的实验方法，实现单次测量中两个自旋量子比特的四态鉴别，分析了放大器噪声和声子介导弛豫对读出保真度的影响。
2026-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Protocol for reading out Majorana vortex qubit and testing non-Abelian statistics
非阿贝尔统计的成功检验不仅是基础物理学的一个里程碑，而且为拓扑量子计算提供了一个量子门操作。一个准确而有效的拓扑量子比特读出方案是实验证实非阿贝尔统计的重要一步。在目前的工作中，我们提出了一个协议，读出的量子态的一个拓扑超导岛上的马约拉纳涡旋量子比特。该协议由四个马约拉纳零模被困在库仑阻塞拓扑超导体的二维表面上的空间分离的涡核。我们提出的测量是通过一对弱耦合的马约拉纳模式分别与两个正常的金属引线接触来实现的，读出是通过观察栅极电压的电导峰位置来实现的。利用该协议，我们可以进一步检验二维平台上Majorana零模的非阿贝尔统计量。马约拉纳量子比特的成功读出是走向拓扑量子计算未来应用的关键一步。此外，这种库仑阻塞装置可以区分涡核中的Majorana零模和Caroli-de Gennes-Matricon模。
2019-11-24 cond-mat.mes-hall
A Spin Quintet in a Silicon Double Quantum Dot: Spin Blockade and Relaxation
自旋在栅极定义的硅量子点是实现大规模量子计算的有希望的候选者。为了读取这些量子位的自旋状态，提供最高保真度的机制是通过单重态-三重态自旋阻断的自旋-电荷转换，这可以使用基于栅极的色散感测来原位检测。在具有复杂能谱的系统中，如硅量子点，准确识别何时发生单重态-三重态阻断，因此对于可扩展的量子位读出至关重要。在这项工作中，我们提出了一个隧道耦合的硅双量子点中定义的角分栅晶体管的自旋封锁物理的描述。使用基于门的磁谱，我们报告的自旋封锁和自旋封锁解除涉及自旋态的总自旋角动量高达$S=3$的连续步骤。更具体地说，我们报告了形成的杂化自旋五重态，并显示三重态-五重态和五重态-七重态的自旋封锁。这使得我们能够从中发现$T_1 \sim 4 ~μs$的五重态弛豫动力学的研究。最后，我们建立了一个量子电容模型，该模型可以普遍应用于重建双量子点的能谱，包括自旋相关的隧道耦合和不同自旋流形之间的能量分裂。我们的研究结果为使用Si CMOS量子点作为研究高自旋系统的可调平台的可能性打开了大门。
2019-10-22 cond-mat.mes-hall
Optical Spin Initialisation and Readout with a Cavity-Coupled Quantum Dot in an In-Plane Magnetic Field
本文通过腔QED计算证明单模线偏振腔可在面内Voigt磁场中同时实现量子点自旋的高保真初始化与读出，并给出两种腔构型下的最优参数区间。
2024-10-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Detection and Manipulation of Majorana Fermions in Circuit QED
出于最近的实验进展的测量和操纵的马约拉纳费米子与超导电路，我们提出了一种设备接口马约拉纳费米子与电路量子电动力学。建议的电路作为一个电荷奇偶性检测器改变超导$λ/4$谐振器的谐振频率上的附近的栅极上的电荷的奇偶性的条件。该器件在充电和磁通最佳点工作，对环境噪声高度不敏感。它能够高保真单次量子非破坏读出一对马约拉纳费米子编码的拓扑保护量子比特的状态。此外，这种相互作用允许在拓扑量子位上实现任意相位门，从而闭合循环以实现计算完整性。远离电荷最佳点，该器件可用作高灵敏度电荷检测器，其灵敏度优于$10^{-4} \text{e} / \sqrt{\text{Hz}}$，带宽大于$1$ MHz。
2013-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
3D integration of a hybrid quantum dot circuit-QED device for fast gate dispersive charge readout and coherent spin-photon coupling
Univ. Grenoble Alpes, CEA, Grenoble INP, IRIG-Pheliqs（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国原子能和替代能源委员会、格勒诺布尔理工学院、IRIG-Pheliqs）；CEA-Leti, Univ. Grenoble Alpes（CEA-Leti、格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
本文提出一种三维集成工艺，用于实现半工业硅MOS自旋量子比特的高效量子点电路-量子电动力学装置，实现了高灵敏度电荷读取和强自旋-光子耦合。
2026-07-16 cond-mat.mes-hall
Rapid high-fidelity spin state readout in Si/SiGe quantum dots via radio-frequency reflectometry
硅自旋量子比特作为容错量子计算的可扩展量子比特平台显示出巨大的前景。然而，量子纠错所需的电荷和自旋状态的快速高保真读出仍然是难以捉摸的。射频反射测量使得能够快速高保真读出GaAs自旋量子位，但是积累模式Si量子点器件的相对大的电阻和电容使得射频反射测量在这些平台中具有挑战性。在这项工作中，我们实现了射频反射在Si/SiGe量子点设备重叠的栅极，通过微小的设备级的变化，消除这些挑战。我们证明了电荷状态读出的保真度在99.9%以上，在300 ns的集成时间。我们通过传统的泡利自旋阻断和电荷锁存机制测量了双量子点的单重态和三重态，在2.08 $μ$ s和1.6 $μ$ s的积分时间内，我们分别获得了82.9%和99.0%的最大结晶度。我们还使用射频反射仪进行单次读出的单自旋状态通过自旋选择性隧道在微秒级的集成时间。
2020-07-08 cond-mat.mes-hall
Steady-state phase diagram of a driven QED-cavity array with cross-Kerr nonlinearities
本文研究了在光子泄漏和相干源驱动下，非线性元件耦合的QED腔阵列的性质。非线性耦合的主要作用是在最近邻腔之间提供有效的交叉克尔相互作用。此外，相邻腔之间的相关光子跳跃出现。我们提供了一个详细的平均场分析的稳态相图作为系统参数的函数，泄漏，和外部驱动，并显示了一些不同的量子相位的出现。出现了与光子封锁的空间调制相关联的光子晶体。稳态也可以显示振荡行为和双稳态。在某些区域，晶体有序性可能与振荡行为共存。此外，我们研究了短程量子涨落的影响，采用集团平均场分析。专注于光子晶体边界的修正，我们表明，除了一些定量的差异，集群平均场支持简单的单网站分析的结果。在本文的最后一部分，我们集中在可能性建立类的阵列介绍这里，通过现有技术的超导电路。我们考虑一个现实的选择这个特定的实施方案的参数，并讨论了稳态相图的一些属性。
2014-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamically Tunable Anisotropic Rabi Model in Circuit QED
Kharazmi University（卡扎维米大学）；Iran University of Science and Technology（伊朗科技大学）
提出一种电路QED架构，通过可调耦合器实现各向异性Rabi模型从纯JC到纯AJC相互作用的原位动态调控，并展示其在量子测量和相干性方面的应用。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Andreev spin qubit protected by Franck-Condon blockade
Yale University（耶鲁大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）
研究通过利用安德里耶夫自旋与超电流的耦合，提升自旋弛豫寿命，利用弗兰克-康登原理阻塞自旋弛豫，从而保护自旋量子比特。
2026-03-25 cond-mat.mes-hall
Time scales for Majorana manipulation using Coulomb blockade in gate-controlled superconducting nanowires
我们数值计算的低能谱的门控超导拓扑纳米线分割成两个岛，每个约瑟夫森耦合到一个大块超导体。该装置可以容纳两对Majorana束缚态，为Majorana融合规则的检验提供了一个平台。我们分析之间的交叉（i）一个电荷占主导地位的制度，可用于初始化和读出的马约拉纳束缚态，（ii）一个单岛制度占主导地位的岛间马约拉纳耦合，（iii）约瑟夫森等离子体激元制度的大耦合到散装超导体，和（iv）一个制度的四个马约拉纳束缚态允许拓扑保护马约拉纳操纵。从能量谱中，我们得到了最近提出的融合规则测试协议的时间尺度的保守估计[arXiv：1511.05153]。我们还分析了分支纳米线结构的基本马约拉纳编织操作所需的步骤。
2016-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Rapid detection of coherent tunneling in an InAs nanowire quantum dot through dispersive gate sensing
色散传感是一种强大的技术，能够实现固态量子比特的可扩展和高保真度读出。特别是，基于栅极的色散传感已经被提出作为未来拓扑量子位的读出机制，其可以通过单电子隧穿通过零能量模式来测量。这种读出的发展需要解决相干电荷隧穿幅度从一个量子点在马约拉纳零模式主机系统忠实地在短时间尺度上。在这里，我们展示了快速单次检测的相干单电子隧道InAs纳米线量子点之间的振幅。我们将一个亚GHz的集总元件微波谐振器连接到一个点上的高电平臂门上，实现了一个灵敏的色散检测电路。由此产生的大的点谐振器耦合导致观察到的色散位移是在电荷简并的谐振器线宽的顺序。这种移位使我们能够区分库仑阻塞和共振，对应于量子位状态读出所预期的场景，对于1微秒的积分时间，信噪比超过2。我们的结果为在拓扑量子比特中实现微秒尺度上费米子宇称的Single Shot测量铺平了道路。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit QED with fluxonium qubits: theory of the dispersive regime
在电路QED中，用于量子门和超导量子比特的读出的协议通常依赖于色散机制，当量子比特-光子失谐Δ与它们的相互耦合强度相比很大时达到色散机制。对于包括库珀对盒和transmon的量子比特，选择规则极大地限制了对色散能级位移χ的贡献。相比之下，在没有选择规则的情况下，许多虚拟跃迁对χ有贡献，并且即使在大失谐下也可以产生相当大的色散位移。我们提出了一般的多能级量子点电容耦合到一个或多个谐波模式的理论，并给出了一般表达式的有效哈密顿量的二阶和四阶微扰理论。应用我们的结果fluxonium系统，我们表明，强选择规则的情况下，解释了实验中观察到的令人惊讶的大色散位移，也导致了双光子真空拉比分裂的预测。从我们的理论的定量预测是在很宽的范围内的磁通量与实验数据吻合良好，并揭示了四阶共振是重要的fluxonium光谱中观察到的相位调制。
2012-12-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive regime of circuit QED: photon-dependent qubit dephasing and relaxation rates
超导电路可以用来研究腔量子电动力学（QED）物理的新机制，从而实现电路QED。对于量子信息处理和量子光学，电路QED的一个有趣的区域是色散区域，其中量子比特跃迁频率和谐振器频率之间的失谐远大于相互作用强度。在本文中，我们调查如何非线性校正的色散制度影响测量过程。我们发现，在存在纯量子位退相的情况下，用于测量量子位的谐振器的光子布居充当有效的热浴，诱导量子位的非相干弛豫和激发。因此，测量引起量子位的退相和混合，这可以减少读出的量子非破坏方面。使用量子轨道理论，我们表明，这种热浴可以诱导量子位态的量子跳跃，并降低零差测量电压的可实现的信噪比。
2008-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Polarimetry With Spins in the Solid State
本文将泡利自旋阻塞重新诠释为三维偏振测量，通过硅量子点与硼受主体系实验展示自旋-轨道耦合导致的自旋失准及其磁场调控恢复，并揭示自旋失准对量子计算自旋读出保真度的根本限制。
2024-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unifying Floquet theory of longitudinal and dispersive readout
本文提出统一纵向与色散读出的Floquet理论，揭示交流斯塔克位移斜率与曲率分别控制纵向耦合和色散位移，并在弱驱动下建立联系，适用于超导与自旋混合电路QED系统。
2025-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anisotropic spin-blockade leakage current in a Ge hole double quantum dot
本文通过各向异性面内约束和k³-Rashba自旋轨道耦合模型，系统分析了Ge空穴双量子点在泡利自旋阻塞区的漏电流行为，揭示了量子点形状旋转诱导的强各向异性漏电流，为优化自旋轨道耦合探测和提升自旋阻塞读出精度提供了设计指导。
2025-11-07 cond-mat.mes-hall
Quantum-limited measurement of spin qubits via curvature coupling to a cavity
我们研究了通过量子位能级曲率与栅极电压的关系将编码自旋量子位耦合到微波谐振器。这种方法使量子非破坏读出具有数十到数百MHz的强度，同时量子位保持在其完全的甜蜜点以充电噪声，具有零偶极矩。提出了一种类似于电路量子电动力学的“类色散”自旋读出方法，但避免了Purcell效应。通过增加栅极电压调制，选择性纵向读出和n量子比特测量纠缠是可能的。
2017-04-19 cond-mat.mes-hall
Robust energy selective tunneling readout of singlet triplet qubits under large magnetic field gradient
快速、高保真的量子态探测对于在半导体中构建稳健的基于自旋的量子信息处理平台至关重要。基于泡利自旋阻断（PSB）的自旋-电荷转换及其变体被广泛用于双电子单重态-三重态（ST $_0$）量子比特的自旋状态鉴别;然而，单次测量保真度受到低信号对比度或PSB能量失谐下三重态的短寿命的限制，特别是由于在大磁场梯度下与单重态的强混合。最终，有限的单次测量保真度导致量子操作的可见性低。在这里，我们展示了一种替代方法来实现ST $_0$量子位态的自旋到电荷转换，使用双占据量子点（QD）和电子库之间的能量选择性隧穿。我们证明了一个90%的单次测量保真度和S-T $_0$振荡的可见性为81%，在100 mT（~ 500 $MHz\cdot h \cdot(g^{*}\cdot μ_B)^{-1}$）的场梯度，这允许单次读出与完整的电子电荷信号对比度，并在同一时间，长和可调的测量时间，即使在强磁场梯度的松弛效应可以忽略不计。使用一个射频传感器的QD阵列的位置相对，我们将这种方法应用到两个ST $_0$量子位，并显示高可见性读出两个单独的单量子位门操作是可能的，与一个单一的射频单电子晶体管传感器。我们期望我们的双电子自旋态的测量方案可以应用于各种宿主材料，并为基于量子点的量子计算平台上的高精度多量子比特态检测提供一种简化和互补的途径。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
