Ultrafast control of nuclear spins using only microwave pulses: towards switchable solid-state quantum gates
我们证明了控制的α-质子核自旋，I=1/2，耦合到稳定的自由基CH（COOH）2，S=1/2，在γ-辐照丙二酸单晶，仅使用微波脉冲。我们证明了，依赖于电子自旋mS=+/-1/2的状态，核自旋可以被锁定在一个期望的状态，或者在纳秒时间尺度上在mI=+1/2和mI=-1/2之间振荡.这种方法提供了一种快速有效的控制核自旋量子比特的方法，并且还使得能够通过仅寻址电子自旋来设计可切换的基于自旋的量子门。
2009-10-13 quant-ph
Arbitrary Nuclear Spin Gates in Diamond Mediated by a NV-center Electron Spin
我们提出了一个协议，实现任意的N-量子位之间的相互作用的核自旋，并可以直接测量核多体自旋通过适当地使核自旋与氮空位（NV）中心电子自旋相互作用。该方法利用最近推出的动态解耦技术，并表明，对电子自旋的行动是足够的，充分利用核自旋作为强大的量子寄存器。我们的协议是通用的，适用于其他核自旋为基础的平台与电子自旋缺陷作为调解人的情况下，碳化硅。
2017-09-12 quant-ph
Numerical simulation of a Controlled-Controlled-Not (CCN) quantum gate in a chain of three interacting nuclear spins system
我们提出了一个量子控制-控制-非门的研究，实现在一个链的三个核自旋弱伊辛相互作用之间的所有这些，也就是说，考虑到第一和第二邻居自旋相互作用。该实现是在系统的初始状态（数字和叠加）上使用单个谐振$π$脉冲来完成的。保真度参数用于确定CCN量子门作为第二近邻相互作用耦合常数与第一近邻相互作用耦合常数之比（$J'/J$）的函数的行为。我们发现，对于$J'/J\ge 0.02$，我们可以有一个定义良好的CCN量子门。
2006-08-28 quant-ph
Modular magnetic field on the z-direction on a chain of nuclear spin system and quantum Not and Controlled-Not gates
我们研究了一维固体核自旋链系统中单个量子比特的旋转和受控非门的模拟，该系统通过与z方向磁场的模分量的Ising型相互作用进行弱相互作用，其特征为$B_z(z,t)=Bo(z)\cosδt$ .这些量子比特受到电磁脉冲的影响，这些电磁脉冲决定了一个或两个量子比特系统中的跃迁。我们使用保真度参数来确定作为频率参数$δ$的函数的非（N）门和受控非（CNOT）门的性能。我们发现，对于$|δ|\le 10^{-3} MHz$，这些门仍然具有良好的保真度。
2012-03-02 quant-ph
Quantum Logic Gates and Nuclear Magnetic Resonance Pulse Sequences
我们演示了如何在原则上可以使用NMR来实现构建量子计算机所需的所有元素，并简要讨论了量子逻辑的见解在开发新型脉冲序列中的潜在应用，以及在更传统的NMR实验中的应用。
1998-05-22 quant-ph
Ultrafast entangling gates between nuclear spins using photo-excited triplet states
电子和原子核自旋中的信息表示在量子计算机的持续发展中一直很强大。虽然核自旋由于其长的相干寿命（超过秒）而具有作为量子比特（量子比特）的优势，但它们表现出非常缓慢的自旋相互作用并且具有弱极化。耦合的电子自旋可以用来极化核自旋并创建快速的单量子比特门，然而，电子自旋的永久存在是核退相干的来源。在这里，我们展示了如何瞬态电子自旋，所产生的光激发三重态的C60，可以用来超极化，操纵和测量两个附近的核自旋。我们利用电子的旋量性质实现了一个方案，在数百纳秒内完成了一个纠缠门：比液态J耦合快了五个数量级。这种方法可以广泛应用于包括耦合到多个核自旋的电子自旋的系统，例如NV中心，而瞬态电子自旋的成功使用促使能够利用光激发三重态的新分子的设计。
2012-01-23 quant-ph
Selective nuclear-spin interaction based on a dissipatively stabilized nitrogen-vacancy center
目前实现核-核量子门的典型方法需要通过使用动态解耦技术来实现一系列电子-核量子门，由于室温下NV自旋的退相干和弛豫时间短，因此动态解耦技术在低温下实现。这种限制可以通过使用NV自旋的周期性重置作为两个核自旋之间相互作用的介质来克服[Chen，Schwarz和Plenio，119，010801（2017）]。然而，这种方法需要严格的耦合强度条件，这使得它不适用于异质量子门操作。在这里，我们开发了这个方案，通过使用射频（RF）场来控制不同的核自旋物种。NV中心的周期性重置保护核自旋免于NV自旋的退相干和弛豫。RF控制提供了在异质自旋之间具有高选择性和高保真度量子门以及通过在环境条件下使用核自旋传感器来检测核自旋的可能性。
2022-01-05 quant-ph
Quasi non-Markovian approach to the study of decoherence of a controlled-not quantum gate in a chain of few nuclear spins quantum computer
在弱耦合近似下，建立了一个准非马尔可夫主方程，研究了由三个核自旋组成的具有第二近邻Ising相互作用的线性链系统构成的量子计算机模型中受控非（CNOT）量子门运行时的退相干现象.我们比较与马尔可夫对应的温度不同，从零（热化）和在零温度下的低和高耗散率的行为。在低耗散有一个非常小的差异之间的马尔可夫和准非马尔可夫在任何温度下，这是不可能被测量，并在高耗散有一个差异，这是可能在任何温度下测量。
2012-06-07 quant-ph
Fast Room-Temperature Phase Gate on a Single Nuclear Spin in Diamond
由于与环境的弱耦合，核自旋支持长寿命的量子相干性，但是由于小的核磁矩，使用核磁共振（NMR）难以快速控制。我们在金刚石中的氮空位（NV）中心固有的14 N核自旋量子比特上证明了~ 500 ns的快速核自旋相位门。相位门是通过超精细相互作用和电子自旋跃迁的非共振驱动来实现的。相位门的反复应用使核自旋与环境解耦，锁定自旋状态长达~ 140微秒。
2014-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
NMR Quantum Computation with a hyperpolarized nuclear spin bulk
我们考虑两种新的量子门机制的基础上核自旋在超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和无机半导体。我们提出了两个方案，用于实现一个控制的非（CNOT）门的基础上核磁共振（NMR）光谱和磁共振成像（MRI）从超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和光泵NMR半导体。这样的门可以基于MRI技术和光学泵浦以及光学检测技术利用可寻址的特定自旋来构建。这些方案对于在元胞自动机架构方面实现实际的量子计算机可能是有用的。
1998-11-19 quant-ph
Improved Electron-Nuclear Quantum Gates for Spin Sensing and Control
本文提出广义 DDRF 框架，结合 NV 中心实验揭示量子门选择性与有效 Rabi 频率机制，实现弱耦合自旋检测灵敏度提升 60 倍及多量子比特门优化。
2024-10-25 quant-ph
Dynamic nuclear polarization with simultaneous excitation of electronic and nuclear transitions
动态核极化将自旋极化从电子转移到原子核。我们通过一种新方法实现了这一点，同时激发电子和核自旋的跃迁。该技术的效率随着磁场的增加而提高。N@C60与连续波微波，可以预期产生更高的极化比相应的脉冲技术的电子自旋大于1/2的实验结果。在这种情况下，核极化的程度可以很容易地通过EPR谱中分辨良好的超精细成分的强度来监测。核自旋-晶格弛豫时间比电子的弛豫时间长几个数量级。
2008-05-28 quant-ph
Long-range photon-mediated gate scheme between nuclear spin qubits in diamond
金刚石中的缺陷中心是特殊的固态量子系统，可以具有极长的电子和核自旋相干时间。到目前为止，氮核自旋的单量子比特门，具有氮空位（NV）中心电子自旋的双量子比特门，以及附近氮核自旋之间的纠缠已经得到证明。在这里，我们开发了一个在两个遥远的氮核自旋之间实现通用双量子比特门的方案。虚拟激励的NV中心，嵌入在一个光学腔可以散射激光光子进入腔模式，我们表明，这个过程取决于核自旋状态的氮原子。如果两个NV中心同时耦合到公共腔模式并单独激发，则虚腔光子交换可以调解核自旋量子位之间的有效相互作用，其取决于两个核的自旋状态，这实现了通用的受控$\textit{Z}$门。我们预测操作时间低于100纳秒，这比钻石中核自旋量子比特的退相干时间快几个数量级。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental implementation of quantum gates with one and two qubits using Nuclear Magnetic Resonance
核磁共振（NMR）是一种广泛使用的技术，在化学、医学和材料科学中有着悠久的应用历史。20年前，自从科里的工作以来，它也成为量子计算的可靠来源。它的主要优点之一是可以实现任意幺正变换的容易性，以及它的实验简单性，可以追溯到非常简单的NMR例程，这些例程在很久以前就被广泛使用。然而，一些缺点也随之而来，主要涉及到在初始化和测量过程中的实验工作，以及可扩展性。在这项工作中，我们已经成功地探测了一些简单的量子门（保利-Z，保利-X和阿达玛）在一个和两个量子比特系统，实现在NMR实验。这项工作包括伪纯态准备，其次是应用门，和量子层析成像方法，必要的重建密度矩阵。实验用氯仿样品进行，置于300 MHz Bruker Avance II光谱仪中，该光谱仪配备有具有7 T磁场的超导磁体。
2021-02-23 quant-ph
Increasing efficiency of a linear-optical quantum gate using an electronic feed forward
我们已经成功地使用了一个快速的电子前馈，以增加一个线性光学实现的可编程相位门的成功概率从25%到其理论极限的50%。前馈应用条件幺正操作，其将数据量子位的不正确输出状态改变为正确输出状态。门本身围绕布洛赫球的z轴旋转数据量子位的任意量子态，旋转角度完全由程序量子位的状态确定。门的实现基于纤维光学元件。量子比特被编码成单光子的空间模式。来自前馈检测器的信号仅使用无源分压器直接引导至相位调制器。我们已经验证了成功概率的增加，并通过量子过程层析成像表征了门操作。我们已经证明，前馈的使用不影响过程保真度或输出状态保真度。
2011-11-14 quant-ph
Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2
针对自旋为1/2电子系统中核自旋控制选择性受限的问题，提出动态解耦射频（DDRF）门方法，利用金刚石锡空位中心电子实现核自旋改进控制及72(3)%保真度的纠缠，为多量子比特实验提供基础。
2024-09-23 quant-ph
Pulse sequences for controlled 2- and 3-qubit gates in a hybrid quantum register
我们提出并证明了一个量子控制方案的混合量子寄存器，可以减少操作时间，因此放松的影响，相比现有的实现。它将共振激发脉冲与量子比特系统的内部哈密顿量下的自由进动周期相结合。我们用这个方案实现了类似于金刚石中氮空位中心的电子和核自旋的受控非操作的量子门。作为一个具体的应用，我们在电子和核自旋量子比特之间转移布居，并使用它来测量具有多个耦合自旋的系统中的核自旋的拉比振荡。
2018-06-21 quant-ph
Towards quantum error correction with two-body gates for quantum registers based on nitrogen-vacancy centers in diamond
Universität Ulm（乌尔姆大学）
针对金刚石NV中心量子计算硬件，提出确定自适应XY序列生成两体门最优执行时间的方法，平衡保真度与速度，并利用核自旋环境实现色心寄存器内的量子纠错编码。
2025-03-03 quant-ph
Coherence and control of quantum registers based on electronic spin in a nuclear spin bath
我们考虑一个协议，用于控制几个量子位寄存器，包括一个电子自旋嵌入在核自旋浴。我们展示了如何从环境的其余部分中隔离出几个近端核自旋，并将它们用作潜在可扩展的量子信息处理器的构建块。我们描述了如何相干控制技术的基础上磁共振方法可以适应这些电子-核固态自旋系统，不仅提供有效的，高保真度的操作的寄存器，但也从自旋浴去耦。作为一个例子，我们分析了可行的性能和实际的限制，在一个现实的设置与金刚石中的氮空位中心。
2009-01-05 quant-ph
Universal Quantum Control in Zero-field Nuclear Magnetic Resonance
本文描述了一种在零磁场中操纵核自旋的一般方法。在没有磁场的情况下，自旋失去了化学位移的个体信息，并且不等价的自旋只能通过核旋磁比和自旋-自旋耦合来区分。对于具有不同旋磁比的自旋1/2核（即，不同的物种）在零磁场中，我们描述了实现一组通用量子逻辑门的方案，例如，任意单量子位门和双量子位受控非门。这种方法允许系统中的通用量子控制，这可能在材料科学、化学、生物学、量子信息处理和基础物理学中提供有前途的应用。
2017-05-05 quant-ph
Optimal dense coding and swap operation between two coupled electronic spins: effects of nuclear field and spin-orbit interaction
详细研究了反铁磁（AFM）和铁磁（FM）耦合情况下核场和自旋轨道相互作用对稠密编码和交换操作的影响。给出了稠密编码有效的条件以及交换操作可行的条件。
2017-02-15 quant-ph
Nuclear electric resonance
核自旋量子比特具有较长的相干时间，被期望应用于量子信息处理。然而，现有的方法要么不能处理单个核（如核磁共振），要么严重影响核相干时间（如基于超精细斯塔克效应的电子核操纵，ENMHSE）。在这里，我们提出了一种称为核电共振的电子核操纵，它一方面可以寻址单个核量子比特，另一方面可以保持长的相干时间。应用这一点，我们构造了具有外电场的普适量子门。这些通用门对任意$S\ge 1$自旋核都是实用的。考虑到核电共振的相干时间要长得多，与ENMHSE相比，我们将单量子比特操作的数量提高了三个数量级。
2021-11-28 quant-ph
Dispersive cavity-mediated quantum gate between driven dot-donor nuclear spins
针对远距离核自旋量子比特难以实现双量子比特门的问题，理论研究了微波谐振器与混合量子点-供体系统的相互作用，通过驱动补偿频率失配并实现色散耦合，实现了保真度接近90%的核自旋双量子比特门。
2023-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Diamond as a solid state quantum computer with a linear chain of nuclear spins system
通过从金刚石的四面体构型中移除一个$^{12}C$原子，用一个$^{13}C$原子替换它，并在线性方向上重复这一过程，就有可能拥有一个线性链的一半核自旋，并建立一个固态量子计算机。从该结构中直接得到一个量子比特旋转和受控非（CNOT）量子门，并利用CNOT量子门确定了该量子计算机的设计参数。
2013-10-02 quant-ph
Universal gate operations on nuclear spin qubits in an optical tweezer array of $^{171}$Yb atoms
中性原子阵列是量子科学发展迅速的平台。在这项工作中，我们展示了一个通用的一套量子门操作的一种新型的中性原子量子比特：核自旋的碱土类原子（AEA），$^{171}$ Yb。我们目前的冷却，捕获和成像技术，使用一个新发现的魔术捕获波长在$λ= 486.78$ nm。我们实现了量子位初始化，读出和单量子位门，并观察长量子位寿命，$T_1 \approx 20$ s和$T^*_2 = 1.24(5)$ s，以及单量子位操作保真度$\mathcal{F}_{1Q} = 0.99959(6)$。我们还展示了两个量子位纠缠门使用里德伯封锁，以及这些门操作的相干控制，在369 nm的Yb $^+$离子芯跃迁上使用光位移。这些结果是在AEA镊子阵列中实现高相干量子门的重要一步。
2021-12-13 physics.atom-ph quant-ph
Logical operations with single x-ray photons via dynamically-controlled nuclear resonances
从理论上研究了利用共振光核相互作用实现偏振编码x射线的逻辑运算。我们表明，通过共振散射核和快速旋转的核超精细磁场来控制输出光子的偏振，单量子比特逻辑门可以模拟。可以采用第二控制量子位来触发磁场旋转，从而允许用于X射线光子的受控非门的若干实现选择。
2015-06-01 quant-ph
A magnetic-field insensitive gate set for trapped-ion nuclear spin qubits
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；ZuriQ AG（ZuriQ公司）
本文提出一套完整的磁场不敏感门组，利用电子自旋实现快速双量子比特相位门，同时保留核编码以保护量子比特免受磁场影响，适用于高磁场阱离子核自旋量子比特。
2026-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Improving Performance of an Analog Electronic Device Using Quantum Error Correction
使用模拟经典系统进行计算通常被认为是一个困难的命题，由于这些设备对噪声的敏感性和缺乏一个明确的框架来实现容错。我们目前的实验结果应用量子纠错（QEC）技术的原型模拟计算设备称为量子仿真设备。它示出，对于测试的门（横向$Z$，$X$和$SH$）有一个显着的改善，在使用5-量子位完美码纠错后的门操作的性能特性。在$Z$门的情况下，中值保真度从0.995提高到0.99998，门误差减少了两个数量级以上。其他横向门同样表现出很大的改进。
2021-04-24 quant-ph
Iterative quantum state transfer along a chain of nuclear spin qubits
在两个量子比特之间传递量子信息是量子通信和量子信息处理中许多应用的基本要求。在D. Burgarth等人[Phys.Rev.A75，062327（2007）]，这是通过静态自旋链和仅应用于链的接收端的门操作序列来实现的。对自旋链的唯一要求是，它将输入幅度的有限部分传输到链的末端，在那里门操作积累信息。对于适当的演化和门操作序列，传输的保真度可以渐近地接近1。我们证明了这种传输方案的操作原理，通过在核磁共振量子信息处理器中实现它。
2007-07-18 quant-ph
Quantum information processing with nuclear spins mediated by a weak-mechanically controlled electron spin
我们提出了一个方案，以实现核-核间接相互作用介导的机械驱动的氮空位（NV）中心的钻石。在这里，我们展示了两个量子比特纠缠门和两个碳核之间的量子态转移。当偶极-偶极相互作用强度远大于驱动场强度时，该方案对NV中心（核自旋）与环境耦合引起的退相干具有鲁棒性。方便地，不需要偶极耦合的精确控制，因此该方案对核自旋和NV中心的波动位置不敏感。我们的计划提供了一个通用的蓝图，多核自旋门和多方通信。
2022-11-17 quant-ph
Nuclear-electronic spin systems, magnetic resonance, and quantum information processing
硅杂质是量子信息处理的一个有前途的平台，其中量子态由磁共振操纵。这样的系统，在抽象上，可以被认为是一个任意自旋的核通过各向同性超精细相互作用耦合到自旋一半的电子。因此，我们称它们为“核电子自旋系统”。传统的例子，受到密集的实验研究，是磷掺杂的硅（Si：P）耦合自旋半电子到相同自旋的核，具有117.5 MHz的超精细强度。最近，铋掺杂的硅（Si：Bi）已经被建议作为核电子自旋系统的替代实例，与Si：P不同的是其更大的核自旋和分别为9/2和1.4754 GHz的超精细强度。本论文的目的是建立一个能够预测核电子自旋系统磁共振性质的模型。该模型的理论预测已被测试对Si：Bi在4.044 GHz收集的实验数据，并已被证明是相当成功的。此外，与Si：P相比，Si：Bi具有更大的核自旋和超精细强度，预计将为量子信息处理提供优势。其中最值得注意的是，磁场相关的二维消相干自由子空间，称为最佳工作点，已被确定存在于Si：Bi，但不是Si：P。
2013-05-04 quant-ph
Precise high-fidelity electron-nuclear spin entangling gates in NV centers via hybrid dynamical decoupling sequences
固体中的色心，如金刚石中的氮空位中心，提供了受到良好保护和良好控制的局部电子自旋，可用于各种量子技术。此外，周围自旋核的长相干时间可以通过色心控制鲁棒的量子寄存器。我们设计了脉冲序列协议，驱动电子自旋产生强大的纠缠门与这些核记忆量子位。我们发现，相比单独使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG），Uhrig去耦序列和CPMG和Uhrig序列组成的混合协议提高了这些纠缠门的保真度，自旋控制范围和自旋选择性。我们提供的序列协议的解析表达式，也显示了我们的方法在金刚石中的氮空位中心的数值效果。我们的结果广泛适用于色心弱耦合到一个小数目的核自旋量子比特。
2020-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modularization of multi-qubit controlled phase gate and its NMR implementation
量子线路网络是实现一定计算任务的电路集合。多量子比特控制的相移是量子门的重要组成部分，处于量子线路网络的中心。本文将经典计算机体系结构中的模块化构造方法应用到量子计算机中，给出了多量子比特相位门的递归实现。受控相移门的这种实现在实现某些量子算法时是方便的。我们在一个三量子位的核磁共振量子系统中实验实现了这种模块化的多量子位控制相位门。该网络在核磁共振技术中用选线脉冲进行了实验验证。该程序具有简单和易于实施的优点。
2004-11-24 quant-ph
Modeling and Experimental Validation of the Intrinsic SNR in Spin Qubit Gate-Based Readout and Its Impacts on Readout Electronics
本研究针对半导体自旋量子比特的RF栅极读出场景，提出考虑量子力学特性的读出模型与理论分析框架，经实验验证有效，可优化读出链路，实现更快更低功耗的集成低温电子学读出系统。
2023-12-14 quant-ph
High-Fidelity Entangling Gates for Electron and Nuclear Spin Qubits in Diamond
本研究提出利用金刚石NV中心的共振与非共振跃迁同步效应，通过调整门时间或驱动场消除自旋翻转误差，实现电子与核自旋间快速高保真纠缠门，多量子比特门保真度超0.99。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Hamiltonian Computing protocols for molecular electronics Boolean logic gates
量子哈密顿计算是一种最近的方法，它使用量子系统，特别是单个分子来执行计算任务。在这种方法中，我们提出了明确的方法来构建逻辑门，使用两种不同的设计，其中的逻辑输出被编码在固定的能量和空间定位的量子态，或在不同的能量。利用这些结果，我们构造了两种设计中包含最少数量量子态的量子布尔加法器。我们还建立了一个矩阵代数之间的类比经典布尔逻辑门和量子的，并评估这两种设计更复杂的门的可能性。
2018-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Local probing of nuclear bath polarization with a single electronic spin
我们用实验证明了极化核自旋改变了邻近电子自旋的动力学行为。具体地，异相分量出现在电子自旋回波信号中。该分量与核自旋极化度成比例，并且强烈依赖于核极化方向。当电子自旋被极化的核自旋池包围时，自旋回波正交表现出仅与核自旋丰度及其集体极化相关的特征频率。我们利用这一分析，提出了一种新的测量方法的本地核自旋浴的一个单一的电子自旋。我们量化的现实的实验制度，该计划是有效的。我们的方案在量子传感方面具有潜在的应用价值，并为系统研究极化介观体系开辟了一条途径。
2015-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast nuclear-spin entangling gates compatible with large-scale atomic arrays
School of Physics, Xidian University（西安电子科技大学物理学院）
本研究提出了一种通过单个全局激光脉冲实现高保真度核自旋纠缠门的方法，适用于大规模原子阵列，通过增大Rabi频率缓解退相干问题。
2023-12-11 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Direct Observation of Entangled Electronic-Nuclear Wave Packets
本研究通过相位锁定超快脉冲产生并探测纠缠电子-核波包，结合动量分辨协方差与相位依赖产率测量，直接可视化电子与核自由度的纠缠及波函数演化。
2023-11-17 physics.chem-ph quant-ph
Nuclear interference by electronic de-orthogonalisation
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）；Tsientang Institute of Advanced Study, Hangzhou（杭州千唐高等研究院）；Fritz Haber Center for Molecular Dynamics, Institute of Chemistry, The Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学化学系弗里茨·哈伯分子动力学中心）
本研究揭示了电子去正交化在核密度中动态产生干涉的现象，展示了非绝热电子-核关联对复合系统量子运动的直接动力学影响。
2026-03-03 physics.chem-ph quant-ph
Probing strongly hybrid nuclear-electronic states in a model quantum ferromagnet
我们提出了直接的本地探针证据的强杂化核电子自旋态的伊辛铁磁体LiHoF $_4$在横向磁场。的核电子状态通过在GHz的频率范围内使用共面谐振器和矢量网络分析仪的磁共振。磁共振谱成功地跟踪整个场-温度相图，这是非常好地再现平均场计算。我们的方法可以直接应用到一个广泛的一类含有稀土离子的材料，用于探测基本上混合性质的核和电子的时刻。
2016-12-30 cond-mat.str-el quant-ph
Effective non-adiabatic Hamiltonians for the quantum nuclear motion over coupled electronic states
原子核的量子力学运动被认为是在一个单一的或多维的子空间的电子状态，这是由一个间隙从其余的电子光谱在相关范围内的核配置。通过对电子子空间的幺正变换，将电子-核哈密顿量块对角化为$\mathcal{O}(\varepsilon^{n+1})$，导出了相应的量子核运动的$n$阶有效哈密顿量.给出了二阶和三阶修正量的显式通用公式。作为特例，得到了核动能算符中包含坐标相关质量修正项的孤立电子态的二阶哈密顿量.对于一个多维的，明确耦合的电子带，二阶哈密顿量包含通常的BO项和非绝热修正，但广义质量修正项出现以及。这些，早期被忽视的条款，微扰占边远（离散和连续）电子状态不包括在明确耦合的电子子空间。
2019-05-28 physics.chem-ph quant-ph
Optimal control of fast and high-fidelity quantum gates with electron and nuclear spins of a nitrogen-vacancy center in diamond
金刚石中带负电荷的氮空位（NV）中心被认为是一种良好的固态量子比特。由NV中心的电子自旋和超精细耦合的氮以及另外附近的碳核自旋组成的系统可以形成用于量子信息处理或作为量子中继器中的节点的若干量子位的量子寄存器。已经报道了几个关于混合电子和核自旋寄存器的令人印象深刻的实验，但到目前为止所实现的量子效率还没有达到或低于容错量子计算（FTQC）所需的阈值。利用基于Krotov方法的量子最优控制理论，在考虑泄漏态、邻近噪声量子比特和远处自旋影响的情况下，我们可以在FTQC的通用量子门集合中实现快速、高保真的单量子比特和双量子比特门，其误差小于FTQC阈值定理所要求的误差.
2015-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Fast noise-resistant control of donor nuclear spin qubits in silicon
高度的可控性和长的相干时间使得同位素纯化硅中的磷施主的核自旋成为量子比特的有希望的候选者。然而，长距离的双量子位耦合和快速，鲁棒的门仍然是这些系统的突出挑战。在这里，根据最近提出的通过偶极-偶极相互作用进行长距离耦合的建议，我们提出了一种简单的方法，在没有电荷噪声的情况下实现快速，高保真的任意单量子位和双量子位门。此外，我们还提供了一种方法，使单量子位门对中等水平的电荷噪声具有鲁棒性，并且完全在$10^{-3}$的误差范围内。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic transport through nuclear-spin-polarization-induced quantum wire
对一种新型低维结构--核自旋极化诱导量子线（NSPI QW）中的电子输运进行了理论研究。在所提出的系统中，局部核自旋极化产生有效的超精细场，该超精细场将自旋与超精细场相反的电子限制在最大核自旋极化的区域。计算了核自旋弛豫和扩散对电子能谱和量子线电导的影响，讨论了实验可行性。
2003-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Accurate and gate-efficient quantum ansätze for electronic states without adaptive optimisation
提出一种保持对称性且门高效的量子ansatz，利用局部连通性、轨道优化和广义价键理论，在浅层电路下实现化学精度，双量子比特门较自适应技术减少84%。
2024-04-25 physics.chem-ph quant-ph
High-fidelity universal gates in the $^{171}$Yb ground state nuclear spin qubit
本研究在光镊捕获的$^{171}$Yb原子阵列基态核自旋量子比特中实现通用高保真度门集合，通过随机基准测试表征原生门并测得双量子比特纠缠门高保真度，还提出优化校准方法，为中性原子量子计算奠定基础。
2024-12-02 physics.atom-ph quant-ph
Spin wave based quantum storage of electronic spin with a ring array of nuclear spins
提出了一种基于固态的电子自旋量子比特通用存储协议。该方案中的量子存储器是量子点中原子核环形阵列中的自旋波激发。我们证明了电子自旋的任意态所携带的量子信息可以相干地映射到自旋波激发或磁振子态上。通过适当的外部控制，可以可逆地读出存储在量子存储器中的量子态。我们还详细讨论了由于电子自旋与核自旋之间的非均匀耦合而引起的量子退相干机制。
2006-04-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronically-controlled one- and two-qubit gates for transmon quasicharge qubits
University of Queensland（昆士兰大学）；University of Sydney（悉尼大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本研究提出利用拓扑超导体形成的隧道结实现单量子比特和双量子比特门，通过动态4π周期约瑟夫森效应，展示了一种基于最小Kitaev链量子点结的准电荷量子比特门实现策略。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Arbitrary manipulation of nuclear spins in hexagonal boron nitride
Wilczek Quantum Center, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Department of Physics, Isfahan University of Technology（伊斯法罕理工大学物理系）
提出利用电子自旋作为辅助，通过背景磁场和多音连续驱动，在六方氮化硼中实现核自旋的单比特和多比特门，保真度分别达99%和95%。
2026-06-03 cond-mat.other quant-ph
Controlled coherent dynamics of [VO(TPP)], a prototype molecular nuclear qudit with an electronic ancilla
我们表明，[VO（TPP）]（四苯基卟啉氧钒）是一个很有前途的系统，适合实现量子计算算法的基础上编码的信息在多层次（qudit）单位。事实上，它嵌入了通过超精细相互作用耦合到核自旋7/2的电子自旋1/2，两者都具有显着的相干性。我们证明了这一点，通过广泛的宽带核磁共振研究，这使我们能够表征核自旋哈密顿量和测量自旋退相时间作为磁场的函数。此外，我们结合有针对性的测量和数值模拟表明，由电子量子比特状态调节的核自旋跃迁可以通过共振射频脉冲单独寻址和相干操纵，这要归功于非常长的相干时间和由强超精细耦合引起的有效四极耦合。这种方法可能为开发新的分子量子比特-量子系统开辟新的前景。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamic Simulations of Strongly Coupled Spin Ensembles for Inferring Nature of Electronic Correlations from Nuclear Magnetic Resonance
Brown University（布朗大学）；Dartmouth College（达特茅斯学院）
该研究通过动态模拟强耦合自旋集体，利用核磁共振实验推断电子相关性的本质，提出了一种新的分析强相关材料中奇特核磁共振特征的工具。
2026-02-04 cond-mat.str-el quant-ph
Electronic superradiance mediated by nuclear dynamics
本文扩展Dicke模型研究核运动对超辐射发射的影响，通过动力学模拟揭示了暗态布居泄漏的新时间尺度，并发现可通过调节核势能面控制暗态发射途径。
2025-02-03 physics.optics quant-ph
Towards Quantum Computing with Molecular Electronics
在这项研究中，我们探索了分子和分子电子学在量子计算中的应用。我们利用分子中的单电子散射构造了单量子比特门，利用金属引线上的电子-电子散射构造了双量子比特相位控制门。此外，我们提出了一类电路的实现，并显示了初步的应用程序的框架，说明单量子位门使用分子氢的分子电子结构作为基线模型。
2022-05-17 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
