Certified quantum non-demolition measurement of material systems
在Grangier等人[Nature，{ \bf 396}，537（1998）]中回顾的关于量子非破坏（QND）测量的广泛辩论发现，真正的QND测量必须具有非经典状态准备能力和非经典信息-损伤折衷。这些非经典标准的现有品质因数需要直接测量信号变量，因此难以应用于光学探测材料系统。在这里，我们描述了一种方法来证明这两个标准，而不需要直接的信号测量。使用协方差矩阵的形式主义和一般的噪声模型，我们计算米可观的QND测量三元组，这足以计算所有的QND品质因数。结果将允许使用现有技术对原子自旋系综进行认证的QND测量。
2012-03-29 physics.atom-ph quant-ph
Generation of macroscopic singlet states in atomic ensembles
利用量子非破坏（QND）测量研究了非极化自旋系综中自旋不确定性的压缩。与偏振系综的情况不同，QND测量可以在可忽略的反作用下进行，这在原则上允许如由[G. Toth等人，物理修订信函99，250405（2007）]。所产生的自旋态接近多体单态，并且包含宏观数量的纠缠粒子，即使单个自旋很大。我们介绍了非极化自旋态的高斯处理，并用它来估计实际实验参数下可实现的自旋压缩。我们的建议可能有应用的磁力与高空间分辨率或量子存储器存储信息的消相干自由子空间。
2010-05-19 cond-mat.other quant-ph
Unconditional quantum-noise suppression via measurement-based quantum feedback
我们证明了无条件的量子噪声抑制集体自旋系统的反馈控制的基础上，量子非爆破测量（QNDM）。我们对$3.7\times 10^5$激光冷却的~（171）Yb原子在自旋为1/2的基态进行了散粒噪声限制下的集体自旋测量。两个连续QNDM之间的相关性指示以条件方式的$-0.80^{+0.11}_{-0.12}\,\mathrm{dB}$量子噪声抑制。我们的反馈控制成功地将有条件的量子噪声抑制转换为无条件的量子噪声抑制，而没有显着的噪声损失
2013-04-18 quant-ph
Spin squeezing of a cold atomic ensemble with the nuclear spin of one-half
为了建立一个适用于光与原子之间先进量子信息处理的系统，我们利用冷镱原子（171 Yb）的集体自旋进行了量子非破坏（QND）测量，并观察到了1.8（-1.5，+2.4）dB的自旋压缩。由于171 Yb原子在基态只有1/2的核自旋，该系统是最简单的自旋系综，并且对退相干具有鲁棒性。我们采用了脉宽为100 ns的超短脉冲，使得相互作用时间大大短于退相干时间，这对于多步量子信息处理是非常重要的。
2008-08-18 quant-ph
Measurement operator for quantum nondemolition measurements
我们推导了一个对应于原子系综量子非破坏（QND）测量的测量算符。量子测量算子采用正算子值测量（POVM）的形式，并且对于任意相互作用时间、初始相干态幅度和最终光子测量结果都是有效的。我们分析了各种参数的依赖关系，并表明，短的相互作用时间的QND测量的效果是应用高斯调制的初始状态波函数。我们推导出POVM在各种限制，如短的相互作用时间制度和投影测量限制的近似表达式。几个例子显示了如何自旋压缩和薛定谔猫态可以使用测量产生。
2023-01-14 quant-ph
Quantum non-demolition measurement enables macroscopic Leggett-Garg tests
我们展示了如何在宏观系统中进行基于Leggett-Garg不等式（LGIs）的宏观现实主义测试。利用连续变量方法，我们考虑了应用于磁驱动相干振荡原子系综的量子非破坏（QND）测量。我们确定的测量方案只需要高斯状态作为输入，并给出了一个显着的LGI违反现实的实验参数和缺陷。预测的违反是由于真正的量子效应，而不是一个经典的侵入性的测量。使用QND测量来收紧“笨拙漏洞”迫使顽固的宏观实在论者在他或她的测量解释中重新创造量子反作用。
2015-10-30 quant-ph
Generation of macroscopic singlet states in a cold atomic ensemble
我们报道了在冷原子样品中通过量子非破坏（QND）测量诱导自旋压缩产生宏观单重态。我们观察到3分贝的自旋压缩和检测纠缠的$5.5\times10^5 $原子与$5σ$统计意义，使用广义的自旋压缩不等式。压缩的程度意味着至少50%的原子形成了单线态，而对磁场梯度的响应表明在所有长度尺度上都存在纠缠键，这是量子自旋液体的一个特征。
2014-07-14 quant-ph
Optical and atomic decoherence in entangled atomic ensembles generated by quantum nondemolition measurements
本文研究了量子非破坏性测量产生的纠缠原子系综中光学与原子退相干效应，利用IWOP技术获取Kraus算符，分析了退相干对自旋方差、纠缠判据等物理量的影响，发现在短相互作用时间内非经典性质得以保留，证明该测量方法是产生玻色-爱因斯坦凝聚态纠缠的极具前景的方法。
2023-02-25 physics.atm-clus quant-ph
Zero-field dipolar decoupling of color center ensembles via universal qutrit control
Universidad de Murcia（穆尔西亚大学）；Monodon, Navantia, S.A（Navantia公司Monodon部门）；Universidad Politécnica de Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；European University of Technology EUT+（欧洲理工大学联盟EUT+）；Escuela Superior de Ingeniería y Tecnología, Universidad Internacional de La Rioja（拉里奥哈国际大学高等工程与技术学院）；Ulm University（乌尔姆大学）；Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）
提出 ZENITH 脉冲序列，通过三能级控制消除 V 型简并自旋-1 系统间的偶极相互作用，实现零场下的高保真度、兼容现有传感序列并提升直流检测能力。
2026-05-26 quant-ph
Multilevel Holstein-Primakoff approximation and its application to atomic spin squeezing and ensemble quantum memories
我们发现，一个合奏相同的d-能级原子可以有效地描述d-1集体振荡器自由度在附近的产品状态与所有的原子在相同的，但在其他任意单粒子状态。我们将我们的描述应用于两种不同类型的自旋压缩：（i）当每个自旋F原子单独压缩而不产生原子间纠缠时，以及（ii）当特定的集体原子振荡器模式通过量子非破坏（QND）测量和反馈压缩时。当按顺序组合时，这两种方法的顺序与最终的压缩程度有关。我们还讨论了多子能级原子作为光的量子存储器时，这两种压缩所起的作用。
2009-12-20 quant-ph
Entanglement-enhanced phase estimation without prior phase information
利用量子非破坏（QND）方法研究了$^{87}$ Rb原子冷系综的平面量子压缩（PQS）态的产生。通过对QND测量的精确标定，我们可以推导出描述PQS的$F_y$和$F_z$分量的条件协方差矩阵，揭示了PQS的双重压缩特性。PQS状态已被提出用于单次相位估计，而无需相位的可能值的先验知识。我们表明，对于任意相位，所产生的PQS给出了至少3.1 dB的相对于经典状态的可调优势。PQS还击败了用相同QND资源产生的传统压缩态，除了相位值的范围很窄。利用自旋压缩不等式，我们证明了自旋-自旋纠缠是量子纠缠优势的原因。
2017-03-07 physics.atom-ph quant-ph
Robust gigahertz-range ac magnetometry with an ensemble of NV centers in diamond using concatenated continuous dynamical decoupling
Ulm University（乌尔姆大学）；Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem（拉卡物理研究所，耶路撒冷希伯来大学）；Advanced Materials Laboratory, Sumitomo Electric Industries Ltd.（住友电工株式会社先进材料实验室）；Quantum Materials and Applications Research Center, National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学和技术研究院量子材料与应用程序研究中心）；Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba（筑波大学理工学部）
本文提出级联连续动态去耦方法，在空间不均匀场下实现金刚石NV集合体的GHz交流磁测量，相比直接拉比法显著扩展了弱信号测量范围。
2026-09-11 quant-ph
Quantum Nondemolition Measurement and Heralded Preparation of Fock States with Electromagnetically Induced Transparency in an Optical Cavity
本文提出了一种利用电磁感应透明动力学（EIT）实现量子非破坏（QND）测量和制备Fock态的方法。囚禁在光学腔中的原子系综在两个连续经典外场的作用下形成稳态EIT。当腔中注入一个弱相干场时，EIT系统由于腔注入光子与原子之间的色散耦合而脱离稳态，进入瞬态动力学。由于在瞬态动力学过程中，原子介质的含时线性极化率Im[X（t）]的虚部明显依赖于光子数n，因此测量探测场透射率的变化可以用于小光子数的QND测量，从而以一种预示的方式产生光子Fock态，特别是单光子态。
2012-03-29 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
Quantum noise limited interferometric measurement of atomic noise: towards spin squeezing on the Cs clock transition
本文从理论和实验上研究了激光冷却和囚禁原子系综态布居的非破坏性干涉测量。这项研究是一个步骤的产生（伪）自旋压缩的冷原子的目标是提高铯原子钟的性能超过限制所设定的量子投影噪声的原子。计算了近共振光探测脉冲通过冷133 Cs原子云时的相移和量子噪声。分析了集体赝自旋量子非破坏（QND）测量的优值，指出它可以简单地表示为系综光密度与非共振探测光引起的自发发射的脉冲积分速率的乘积.在此基础上，我们提出了一个协议，所需的操作序列，以产生和利用自旋压缩的改进原子钟的性能，通过对探测光的QND测量。在实验部分，我们证明了原子布居的干涉测量可以达到N_at冷原子云中N_at ^1/2量级的灵敏度，这是理论分析方案实验实现的重要基准。
2005-02-16 quant-ph
Partial Wavefunction Collapse Under Repeated Weak Measurement of a non-Conserved Observable
本文提出“辅助可观测量 QND”测量，证明当被测可观测量 A 不与哈密顿量 H 对易时，若存在同时与 A 和 H 对易的目标可观测量 B，则 B 的期望值仍守恒且系统发生部分坍缩，并以海森堡链局域测量揭示全局谱信息为例验证该结果。
2025-05-05 quant-ph
Identifying and decoupling many-body interactions in spin ensembles in diamond
我们模拟了固态系统中变密度准二维自旋系综的动力学，重点是金刚石中的氮空位中心。我们认为，在一个现实的“自旋浴”的环境下，各种控制序列的平均动态的大合奏的自旋。我们发现，自旋锁定是有效的去耦自旋初始化沿驱动轴，无论是从相干偶极相互作用和外部自旋浴环境，当驱动是两个数量级强于相关的耦合能量。由于标准脉冲动态去耦序列的应用导致与环境的强去耦，而其他专门的脉冲序列可以去耦相干偶极相互作用，这样的序列可以用于识别主要的相互作用类型。此外，脉冲去耦序列的适当组合可以导致两种相互作用类型的抑制，从而允许额外的自旋操纵。最后，我们考虑这些控制协议上的有限宽度脉冲的效果，并确定提高去耦效率与脉冲持续时间的增加，从而从移相和相干动态的相互作用。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling of spin ensembles with strong anisotropic interactions
掺杂剂的集合体在量子技术中具有广泛的应用。然而，相应器件的小型化受到偶极相互作用的阻碍，偶极相互作用在增加的掺杂剂密度下降低了相干性。我们从理论上和实验上研究这个限制。我们发现，动力学退耦可以减轻，但不能完全消除，退相干在晶体中具有强各向异性的自旋-自旋相互作用。我们的研究结果可以推广到所有的量子系统与各向异性g因子用于量子传感，微波-光转换，量子存储器。
2021-05-25 cond-mat.other quant-ph
Noise in optical quantum memories based on dynamical decoupling of spin states
长寿命的光量子存储器对于在远程网络（例如量子中继器）上可伸缩地分配纠缠具有重要意义。长寿命存储通常依赖于将光学状态存储为自旋激发，因为这些通常表现出长的相干时间。为了延长存储时间超过本征自旋退相时间，可以使用动态解耦技术。然而，它已被证明，动态去耦引入噪声的基础上的原子系综的光量子存储器。在这篇文章中，提出了一个简单的模型来计算得到的信噪比，基于固有的量子存储参数，如光学深度的合奏。我们还描述了几个动态解耦序列，有效地减少这种特殊的噪声。我们的计算表明，在合理的实验条件下，达到超过一秒的存储时间应该是可行的。
2015-12-17 quant-ph
Decoupling Dipolar Interactions in Dense Spin Ensembles
本文结合数值模拟与固态核磁共振实验，评估了多种脉冲序列在抑制稠密自旋系综偶极耦合中的性能，揭示了局部无序等因素对解耦效率的影响，并验证了时间暂停序列保护多自旋关联的能力。
2024-12-22 quant-ph
Process tomography of dynamical decoupling in a dense optically trapped atomic ensemble
原子系综在量子信息科学中有许多潜在的应用。由于集体增强，在高密度下使用系综增加了量子操作的整体效率，但同时也增加了碰撞率并导致更快的退相干。在这里，我们报告的实验与光学捕获的87 Rb原子演示了20倍的相干时间增加时，应用动态去耦序列与超过200 π脉冲。我们进行量子过程层析成像，并表明，使用去耦方案的光学深度为230的密集系综可以用作原子存储器的相干时间超过3秒。
2010-04-07 cond-mat.quant-gas physics.atm-clus quant-ph
Conditional Spin-Squeezing of a Large Ensemble via the Vacuum Rabi Splitting
我们利用真空拉比分裂进行量子非破坏（QND）测量，制备了一个集体原子赝自旋的条件自旋压缩态。我们推断，对于由不相关原子组成的相干自旋态，相对于标准量子极限，量子相位估计有3.4（6）dB的改进。测量到的集体自旋是由限制在低精细度F = 710光学腔中的近10^6个Rb-87原子的两能级时钟态组成的。该技术可以提高原子传感器精度和/或带宽，并且可以导致基础物理学的更精确的测试。
2011-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Quantum nondemolition measurement operator with spontaneous emission
该研究建立含自发辐射的原子系综 QND 测量理论，通过精确求解主方程得到 POVM，并揭示自发辐射导致谱宽受限、态坍缩及非经典态相干性丧失。
2024-05-24 physics.atom-ph quant-ph
Squeezing the angular momentum of an ensemble of complex multi-level atoms
集体原子自旋的压缩已经被证明可以提高原子钟和磁力计的灵敏度，使其水平大大低于标准量子极限。在大多数情况下，所需的原子-原子纠缠已经通过与量子化探测场的色散相互作用或通过量子气体中的状态依赖碰撞产生。这种实验通常使用复杂的多级原子，如Rb或Cs，相关的相互作用设计，使原子的行为像伪自旋$1/2$粒子。我们证明了自旋压缩的可行性集体自旋组成的物理角动量的$\sim 10^6$铯原子，每个内部自旋4超精细状态。通过色散量子非破坏（QND）测量的量子反作用产生了$\gtrsim -5$ dB的峰值压缩，使用双色光学探针，在不牺牲测量强度的情况下最大限度地减少张量光位移。其他重要的发展包括成功应用复合脉冲技术，通过对最先进的磁屏蔽内的背景磁场进行宽带抑制，对集体自旋进行精确的动态控制。由于没有经典噪声，我们可以将观测到的量子投影噪声和压缩与一个理论模型进行比较，该模型既能正确解释相关的原子物理学，又能正确解释集体自旋的空间模式，从而找到了良好的定量一致性，从而验证了它在其他背景下的应用。因此，我们的工作为量子反馈、确定性压缩、闭环磁力测量和基于连续QND测量和反馈的新型量子模拟的实验奠定了基础。
2020-10-09 physics.atom-ph quant-ph
Spin ensemble-based AC magnetometry using concatenated dynamical decoupling at low temperatures
金刚石中的氮空位（NV）中心系综被广泛用作交流磁力计。虽然这样的测量通常使用标准（XY）动态去耦（DD）协议在室温下进行，我们研究了通过利用各种DD协议实现的灵敏度，用于测量在10-250 kHz范围内的频率，在室温和77 K的交流磁场。通过对同位素纯的$^{12}$ C样品进行测量，我们发现Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）方案对脉冲缺陷不鲁棒，对于磁力测定的效率低于鲁棒的XY序列。基于XY的标准协议的级联可以仅增强用于测量高频场的灵敏度，对于高频场，许多（$> 500$）DD脉冲是必要的，并且针对脉冲缺陷的鲁棒性是关键的。此外，我们表明，冷却是有效的，仅用于测量低频场（~10 kHz），实验时间approaches $T_1$在少量的应用DD脉冲。
2017-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Protecting qudit operations from noise by continuous dynamical decoupling
我们开发了一个广义连续动力学解耦（GCDD）的$d$级系统（量子）的合奏程序，允许一个保护的行动，任意多量子门一般的噪音。我们首先提出我们的GCDD程序的情况下，任意qudit和应用它的情况下，阿达玛门作用于qutrit。这是使用一个模型，在原则上，可以实现使用三个磁超精细状态的基态能级的$^{87}\mathrm{Rb}$和激光束的强度和相位调制根据我们的处方。我们表明，这个模型允许一个连续产生所有可能的SU（3）群操作，在一般情况下，需要应用GCDD程序。最后，我们表明，我们的方法可以扩展到的情况下，一个合奏的qudits，相同或不。
2021-04-14 quant-ph
Long-lived driven solid-state quantum memory
我们研究了非均匀加宽自旋系综在连续动力学退耦条件下作为量子存储器的性能。连续驱动场的作用是双重的：首先，它从磁噪声中分离出单个自旋;其次，更重要的是，它抑制和重塑自旋系综的谱不均匀性。我们表明，一个连续的驱动场，这本身也可能是不均匀的合奏，可以大大提高衰减的尾巴的不均匀加宽分布。这一事实使得基于自旋系综的量子存储器能够利用腔保护效应并实现更长的存储时间。特别是，对于具有洛伦兹光谱分布的自旋系综，我们的计算表明，连续动力学解耦有可能提高其存储时间的数量级的最先进的实验参数。
2012-09-22 quant-ph
Three-dimensional light-matter interface for collective spin squeezing in atomic ensembles
我们研究了冷原子自旋系综与傍轴激光束之间的量子界面的三维性质，通过色散相互作用耦合。为了实现集体原子自旋和光子之间的强纠缠，必须将系综的集体辐射的空间模式与激光束的模式相匹配，同时最小化由于光泵浦引起的退相干效应。对于耦合到在云的范围内变化的探测场的系综，不可阻挡地辐射到场的期望模式中的原子集定义了非均匀的自旋波。自旋波与探测模的强耦合不是由单个参数光密度表征的，而是由表征系统相干性和退相干性的不同有效原子数的集合表征的。为了模拟系统的动力学，我们开发了一个完整的随机主方程，包括相干集体散射到傍轴模式，退相干局部非均匀漫散射，和由于连续测量的光纠缠的自旋波的反作用。利用连续量子非破坏（QND）测量研究了自旋波的压缩。我们发现，最大的压缩发生在参数制度的空间不均匀性是显着的，远离的限制，其中的接口是很好地近似的一维，均匀的模型。
2013-12-17 quant-ph
Robust Dynamical Decoupling Sequences for Individual Nuclear Spin Addressing
我们建议使用非等间距的去耦脉冲的高分辨率选择性寻址的核自旋的量子传感器。的基本工作原理的分析模型补充了详细的数值研究，证明了高度的选择性和鲁棒性，对静态和动态控制领域的错误，这个计划。我们使用基于NV中心的传感器验证了我们的协议，以证明它能够识别形成大自旋系综的一部分的单个核自旋。
2015-10-10 quant-ph
Short cycle pulse sequence for dynamical decoupling of local fields and dipole-dipole interactions
提出了一种新的脉冲序列，用于核自旋系统中偶极-偶极相互作用和磁场不均匀性的动力学平均。该序列包含周期性共振脉冲激发的短周期，为在凝聚自旋系综上实现长寿命多量子比特量子存储提供了新的可能性，这对于构建通用量子计算机和长距离量子通信非常重要。
2014-12-11 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
Dynamical decoupling of interacting dipolar spin ensembles
我们证明，CPMG和XYXY去耦序列与非理想的$π$脉冲可以减少偶极之间的相互作用的自旋相同的物种在固体。脉冲电子自旋共振（ESR）实验的模拟结果表明，具有小缺陷（$<$ ~10\%）的$π$转动会使瞬时扩散重聚焦.在这里，棘手的N体问题的相互作用偶极子近似的平均演变的一个单一的自旋在一个不断变化的平均场。这些计算与实验吻合得很好，并且不需要强大的硬件。我们的结果增加了过去试图解释类似的现象，在固态核磁共振（NMR）。虽然NMR的基本物理学与ESR相似，但ESR中更大的线宽和与核自旋相比电子自旋之间更强的偶极相互作用排除了仅从NMR研究中得出结论。对于散装自旋，我们还发现，使用XYXY的结果在推导出的回波衰减时间的通货膨胀较少相比，与CPMG获得的衰变。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Storing entanglement of nuclear spins via Uhrig Dynamical Decoupling
频闪自旋翻转已经被证明可以延长量子系统在噪声环境下的相干时间。Uhrig的动态解耦方案提供了一个最佳的序列与退相浴相互作用的量子系统。几个实验证明已经验证了这种动态解耦方案在保持单量子比特相干性方面的效率。本文描述了利用自旋为1/2的核对系综在溶液态下保持两量子比特纠缠态的Uhrig动力学解耦的实验研究。我们发现奇数阶Uhrig序列在保持纠缠方面的性能优于偶数阶Uhrig序列和周期自旋翻转序列。我们还发现存在一个最佳长度的Uhrig序列，在该长度处，退相干时间从几秒提高到大约30秒。
2011-10-07 quant-ph
Noisy quantum metrology enhanced by continuous nondemolition measurement
我们表明，连续量子非破坏（QND）测量的原子系综是能够提高频率估计的精度，即使在存在独立的退相作用于每个原子。我们数值模拟了最初在（经典）自旋相干态中准备的多达N = 150个原子的系综的动力学，并且我们表明，由于测量动态产生的自旋压缩，从连续光电流中获得的信息相对于原子数N超经典地缩放。我们提供的证据表明，这种超经典标度适用于不同值的退相和监测效率。此外，我们计算的额外信息，可通过一个最终的强测量的动力学过程中产生的条件状态，并表明，相应的极限几乎是通过一个投影测量的自旋压缩集体自旋算子实现。我们还简要地讨论了我们的协议和标准的估计方案，状态准备时间被忽略之间的差异。
2020-11-12 quant-ph
Experimental realization of time-dependent phase-modulated continuous dynamical decoupling
连续动态解耦技术实现的相干时间往往受到驱动振幅波动的限制。在这项工作中，我们使用时间相关的相位调制连续驱动，以增加对这种波动在金刚石中的氮空位中心的密集系综的鲁棒性。考虑到系统中的实际实验误差，我们确定了最佳的调制强度，并证明了一个数量级的改进，在自旋保存的任意状态比传统的单连续驱动。相位调制的驱动表现出相当的结果，以前检查的幅度调制技术，并有望在具有更高的相位精度的实验系统中优于它们。所提出的技术可以打开新的途径，量子信息处理和许多身体物理，在系统中占主导地位的高频自旋浴噪声，脉冲动态去耦是不太有效的。
2017-08-19 quant-ph
Dynamical decoupling methods in nanoscale NMR
核磁共振（NMR）方案可以借助于量子传感器（例如金刚石中的氮空位（NV）色心）应用于微米和纳米尺寸的样品。这些微小的设备允许在环境条件下以高空间和频率分辨率对核自旋系综进行磁力测量，从而在化学，生物学，医学和材料科学等不同领域产生明显的影响。在实践中，NV量子传感器由具有双重目的的微波（MW）控制场驱动：一方面，MW场桥接NV与附近核之间的能隙，这使得它们之间能够进行相干和选择性耦合，而另一方面，MW场去除NV上的环境噪声，从而导致增强的询问时间。在这项工作中，我们审查不同的MW辐射模式，或动态去耦技术，纳米级NMR应用。
2021-07-16 quant-ph
Quantum bath control with nuclear spin state selectivity via pulse-adjusted dynamical decoupling
动力学解耦（DD）是控制任意开放量子系统的有效方法。在量子自旋控制中，DD通常涉及一系列定时自旋翻转（$π$旋转），其被布置为平均或选择性地增强与环境的耦合。在实验上，自旋翻转中的错误不可避免地被引入，从而促使人们努力优化错误鲁棒DD。在这里，我们颠倒这个范式：通过在标准DD中引入特定的控制“误差”，即与完美的$π$旋转（脉冲调整）的小的恒定偏差，我们表明我们获得了保留DD的优点同时引入量子态读出和偏振转移的能力的协议。我们利用这种核量子态的选择性，在金刚石中的氮空位中心的合奏有效地极化的$^{13}$ C量子浴。基本的物理机制是通用的，并铺平了道路的系统工程的脉冲调整协议与核状态选择性的量子控制应用。
2019-04-01 quant-ph
Optical storage for 0.53 seconds in a solid-state atomic frequency comb memory using dynamical decoupling
具有长存储时间的量子存储器是长距离量子网络的关键元件。特别是原子频率梳（AFC）存储器已经显示出很大的希望，以履行这一角色，已经证明了多模容量和自旋光子量子相关性。然而，存储器存储时间到目前为止被限制为大约1毫秒，在零施加磁场下在Eu ${}^{3+}$掺杂Y ${}_2$ SiO ${}_5$晶体中实现。受研究显示在施加的磁场下增加的自旋相干时间的启发，我们开发了一种AFC自旋波存储器，其在特定方向上利用弱15 mT磁场，其允许用于AFC存储器操作的有效光学和自旋操纵。利用这种场配置，使用简单的自旋回波序列，AFC自旋波存储时间增加到40 ms。此外，通过应用动态去耦技术的自旋波相干时间达到530毫秒，一个300倍的增加，相对于以前的AFC自旋波存储实验。这一结果为在固态系综存储器中长时间存储量子信息铺平了道路。
2020-04-24 quant-ph
Dynamical decoupling of interacting spins through group factorization
本研究提出利用非预期哈密顿量的固有对称性，通过DD对称群的子群因子分解降低解耦序列复杂度、构建嵌套误差校正协议，复现了NMR经典序列并生成可抑制多种自旋相互作用的新型鲁棒短序列。
2025-10-01 quant-ph
Dynamical decoupling protocols with nuclear spin state selectivity
初始化核自旋的能力是量子计算和模拟以及磁共振光谱和成像中使用的许多协议的关键要求，核自旋通常即使在低温下也处于混合状态。然而，它仍然是一项具有挑战性的任务，通常涉及复杂和低效的协议，限制了随后操作的保真度或测量灵敏度。我们在这里介绍了一类动态核自旋状态选择（DNSS）协议，当应用到一个极化的电子自旋，如氮空位（NV）在金刚石中心，允许选定的混合物的核状态的地址。它的工作原理是将基本的本征态分裂成两个不同的对称性，这两个对称性取决于核自旋态，而与电子-核耦合强度无关。作为一个特定的例子，我们表明，DNSS是通过简单地引入一个失谐在共同的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）协议，其中的状态选择，然后控制脉冲间的间隔。这种方法在核寄存器的超高保真初始化、系综极化和核的单门操纵方面具有优势。
2018-09-29 quant-ph
Platonic dynamical decoupling sequences for interacting spin systems
本文提出基于四面体、八面体和二十面体点群的柏拉图动力学解耦序列，仅用全局SU(2)旋转即可实现对单个自旋-j（j≤5/2）任意环境相互作用的抵消，并能解耦自旋-1/2系综中多达5体相互作用，且对脉冲误差具有鲁棒性。
2025-03-07 quant-ph
Ultralong spin coherence times for rubidium atoms in solid parahydrogen via dynamical decoupling
相干时间是量子传感、量子信息和量子计算的重要参数。在这项工作中，我们证明了电子自旋相干时间长达0.1秒的铷原子被困在一个固体仲氢矩阵的合奏。我们探讨潜在的物理限制的相干时间。这些矩阵孤立原子的性质是非常有前途的未来应用，包括核自旋的量子传感。如果与有效的单原子读出相结合，这将使核磁共振和磁共振成像的单分子与碱金属原子量子传感器共捕获在仲氢矩阵。
2020-07-20 physics.atom-ph quant-ph
Fast coherent control of nitrogen-14 spins associated with nitrogen-vacancy centers in diamonds using dynamical decoupling
针对氮-14核自旋缺乏横向超精细耦合、难以快速操控的问题，本文用弱离轴磁场产生有效横向耦合，并结合动力学解耦在4.2 μs内实现条件旋转门。
2023-09-25 quant-ph
Superradiant Echoes Induced by Multiple Re-phasing of NV Spin Sub-ensembles Grating at Room Temperature
本文提出在室温下利用激光照射和微波Hahn回波序列在NV自旋子系综中形成频率空间相位光栅，通过多次重定相与微波腔集体耦合产生可调控的超辐射回波，并指出该机制有望用于量子传感。
2025-07-02 quant-ph
Quantum decoherence of nitrogen-vacancy spin ensembles in a nitrogen spin bath in diamond under dynamical decoupling
SKKU Advanced Institute of Nanotechnology (SAINT), Sungkyunkwan University（成均馆大学 SKKU 纳米技术高级研究所）；Department of Physics and Department of Energy Systems Research, Ajou University（亚洲大学物理系与能源系统研究部）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Center for Quantum Information, Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术院量子信息中心）；Division of Nano and Information Technology, KIST School, Korea University of Science and Technology（韩国科学技术院 KIST 学院纳米与信息技术分部）；Department of Chemistry, University of Chicago（芝加哥大学化学系）；Center for Molecular Engineering and Materials Science Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室分子工程与材料科学中心）；Department of Quantum Information Engineering, Sungkyunkwan University（成均馆大学量子信息工程系）
研究通过理论与实验结合，探讨了在氮供体（P1中心）浴中NV退相干动力学，发现T2时间与脉冲数呈二次关系，验证了量子浴模型与CCE方法的有效性。
2025-03-07 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Suppression of collisional decoherence
我们采用连续动力学解耦方案来抑制冷原子弹性碰撞引起的退相干。使用连续的回波脉冲，我们实现了30倍的增加在相干时间的Rb 87原子被困在一个偶极陷阱。超过100毫秒的相干时间被证明与光学深度为120的合奏。
2009-05-28 quant-ph
A decoupling approach to the quantum capacity
我们给出了一个简短的证明，证明了相干信息是量子信息通过噪声量子信道传输的一个可达到的速率。我们的方法是通过对张量幂态的一个典型子空间进行酉协变投影测量来产生随机码。我们表明，只要每个测量算子的秩足够小，传输的数据将以很高的概率从信道的环境中解耦。我们还表明，我们的建设导致随机码的平均输入是接近的产品状态，并概述了修改产生酉不变的最大纠缠码的合奏。
2016-11-16 cs.IT math.IT quant-ph
Observation of Faraday rotation from a single confined spin
读出单个受限自旋状态的能力是固态量子信息处理的核心。虽然使用法拉第旋转的全光学自旋测量已经成功地在半导体自旋的集合中实现，但是仅使用基于自旋-电荷转换的传输测量来实现单个半导体自旋的读出。在这里，我们展示了一个全光色散测量的自旋态的单电子被困在半导体量子点。我们通过光谱失谐光场的条件法拉第旋转获得自旋态的信息，该光场由极化和自旋选择性的trion（带电量子点）跃迁引起。为了评估该技术的灵敏度，我们使用了一个独立的共振激光自旋态制备。对单自旋的全光色散测量具有将测量反向作用引导到共轭可观察物上的重要优点，从而允许重复或连续的量子非破坏（QND）读出自旋状态。我们从我们的结果推断，在我们的测量时间尺度内，有统一的反作用引起的自旋翻转拉曼散射事件。因此，直接的改进，如使用固体浸没透镜和更高效率的检测器将允许反作用规避自旋测量，而不需要腔。
2006-10-13 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
Extending Radiowave Frequency Detection Range with Dressed States of Solid-State Spin Ensembles
针对固态自旋量子传感器PDD协议频率上限仅数MHz的问题，本文提出基于NV系综缀饰态的连续动力学解耦方法，实现约85 MHz射频探测，并结合外差同步协议获得高光谱分辨率。
2024-10-22 physics.app-ph physics.chem-ph quant-ph
Programmable Quantum Matter: Heralding Large Cluster States in Driven Inhomogeneous Spin Ensembles
本研究提出利用自旋非均匀性的框架，结合优化脉冲序列、改进的单光子纠缠协议等，大幅降低簇态生成资源、提升门保真度与相干时间，为异质自旋系综的可扩展量子计算提供工具。
2025-09-03 cs.ET cs.IT math.IT
Quantum Logic Enhanced Sensing in Solid-State Spin Ensembles
我们证明了量子逻辑增强的灵敏度为宏观系综的固态，混合双量子位传感器。我们实现了信噪比提高30倍，转化为超过一个数量级的灵敏度增强。使用金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋作为传感器，我们利用NV中心的原位氮核自旋作为存储量子位，结合均匀的偏置和控制场，确保所有的${\sim}10^9$双量子位传感器足够相同以允许NV系综自旋状态的全局控制。我们发现量子逻辑的灵敏度增强多个测量协议与不同的最佳感测间隔，包括XY 8动态去耦和相关光谱，使用合成的AC磁场。结果是独立的目标信号的性质，并广泛适用于使用NV中心和其他固态合奏计量。这项工作提供了一个基准宏观合奏的量子传感器，采用量子逻辑或量子纠错算法，以提高灵敏度。
2022-03-23 physics.app-ph quant-ph
Accurate noise spectroscopy using quantum sensing ensembles
University of Melbourne（墨尔本大学）；RMIT University（皇家墨尔本理工大学）
本研究提出一种利用系综相干性从动力学解耦测量中提取真实噪声谱的分析方法，通过考虑耦合分布实现精确参数提取，并在金刚石氮-空位中心系综上验证，为大型量子系综的定量宽带噪声谱分析铺平道路。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhanced DC-Field Metrology Using Nitrogen Vacancy Spins via Strong Collective Coupling and Fano-Scattering
氮空位系综有望在环境条件下实现磁场传感的灵敏度和分辨率的前所未有的组合。然而，它们的全部感测潜力受到它们的集体相干性的不均匀退化的限制，而动态解耦限制感测到AC场的检测。在这里，我们建议使用最近证明的腔保护效应的室温下，基于集成的直流计量。我们确定了一个参数空间，其中强耦合可以持续在室温下，其中的修饰状态仅限于腔模式和合奏纵向弛豫的退相，显示aT Hz $^{-\frac{1}{2}}$直流场的灵敏度理论上是可以实现的进一步增强通过范诺干涉。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
