Reservoir- and Measurement-free Microwave Initialization of Semiconductor Spin Qubits
RIKEN（理化学研究所）
本文展示了一种无储层、无测量的固定微波脉冲序列初始化硅自旋量子比特对的方法，通过单重态-三重态物理实现高保真初始化，为可扩展量子处理器提供了新方案。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Beating the thermal limit of qubit initialization with a Bayesian Maxwell's demon
容错量子计算需要在明确定义的基准状态下初始化量子寄存器。在固态系统中，这通常是通过对冷储层的热化来实现的，使得初始化保真度基本上受到温度的限制。在这里，我们提出了一种方法来制备一个基准量子态的置信度超过热极限。它基于通过负结果测量对量子位的实时监测-相当于“麦克斯韦恶魔”，仅在最低能量状态下出现量子位时才触发实验。我们实验应用它来初始化硅中的电子自旋量子比特，实现了98.9（4）%的基态初始化保真度，对应于20 $\times$减少初始化错误相比，未监测的系统。接近99.9%的保真度可以通过实际改进放大器链的带宽或通过减慢来自储存器的电子隧穿速率来实现。我们使用一个核自旋辅助，在量子非破坏模式下测量，以证明电子初始化保真度的价值远远超过电子读出的固有保真度。然而，该方法本身不需要辅助工具来执行，从而节省了对额外资源的需求。初始化保真度的定量分析表明，一个简单的图片自旋相关的电子隧穿不正确描述的数据。我们的数字“麦克斯韦恶魔”可以应用于广泛的量子系统，对控制和检测硬件的要求最低。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Active Initialization Experiment of Superconducting Qubit Using Quantum-circuit Refrigerator
本文提出使用量子电路制冷器加速超导量子比特初始化，将99%初始化时间从280纳秒降至180纳秒，并指出优化QCR电阻和耦合可进一步提升速度。
2023-06-16 quant-ph
Engineering of the qubit initialization in an imperfect physical system
我们提出了一种利用逆向工程在初始化量子位的同时设计光物质相互作用的方法。将脉冲参数的多个自由度与微扰理论相结合，我们开发了脉冲，以在紧密堆积的频率间隔内将量子比特初始化为具有高保真度的任意叠加态。重要的是，初始化引起对相邻量子位的低非共振激发，并且它对激光强度的空间不均匀性是鲁棒的。我们应用该方法的系综稀土离子系统，和模拟表明，初始化是更强大的对激光强度的变化比以前的脉冲，并减少了时间，离子花在中间激发态的一个因素的17。该方法适用于频率寻址的任何系统，例如NV中心、超导量子比特、量子点和分子量子比特系统。
2021-10-13 quant-ph
Coherent Feedback Improved Qubit Initialization in the Dispersive Regime
通过零差检测来自色散耦合微波谐振器的输出信号来读出超导量子比特的状态是电路量子电动力学中的常见技术，并且通常被称为量子非破坏（QND），直到与色散近似相同的近似阶数。然而，在这项工作中，我们表明，只有在无限的测量时间的限制是这个协议QND，因为在量子比特腔系统中形成的修饰相干态应用于量子比特状态的有效旋转。我们展示了如何通过相干操作来纠正这种旋转，从而通过测量和相干反馈改进量子位初始化。
2015-06-17 quant-ph
Efficient initialization of fluxonium qubits based on auxiliary energy levels
该研究利用fluxonium的磁通可调性打破宇称对称性限制，通过单音边带驱动实现300 ns内保真度超99%的量子比特初始化，并可同时清除第二激发态布居，适用于大规模fluxonium处理器。
2024-02-09 quant-ph
Dynamic compensation for pump-induced frequency shift in Kerr-cat qubit initialization
针对Kerr-cat量子比特初始化中泵浦诱导频移问题，提出动态补偿方法，利用非线性工程三环SQUID器件将初始化保真度从57%提升至78%，预计可达91%，推进容错量子计算实现。
2024-10-10 quant-ph
Resonant optical spin initialization and readout of single silicon vacancies in 4H-SiC
4 H-SiC中的硅单空位是固态量子信息处理的一个很有前途的候选材料。我们在低温下对单个V2缺陷进行高分辨率光谱分析。我们发现有利的低温光学性能是必不可少的光学读出和相干控制其自旋和自旋光子接口的发展。单个缺陷之间的共同特征包括两个窄的、几乎寿命有限的光学跃迁，其对应于$m_s{=}\pm 3/2$和$m_s{=}\pm 1/2$自旋态，没有可辨别的零场分裂波动。自旋态的激发和读出的特征在于在这些跃迁的共振激发下的时间分辨光谱，显示出$\pm 3/2$和$\pm 1/2$自旋态之间的显著差异。这些结果很好地描述了一个理论模型，加强了我们对这种缺陷的量子特性的理解。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-electrically reading out and initializing topological qubits with quantum dots
我们分析了在一维半导体纳米线中，弱耦合到单能级量子点（QD）的拓扑量子比特的读取和初始化。结果表明，当通过调节门电压使Majorana费米子熔合时，可以通过量子点在一个能量窗口内的占据直接读出拓扑量子比特。量子比特的初始化也可以通过调节量子点上的栅极电压来实现，其中总费米子宇称守恒。因此，读取和初始化过程都可以以全电气方式实现。
2013-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Spin-Polarized Initialization and Readout for Single-Qubit State Tomography
Federal University of Goiás（戈亚斯联邦大学）；Universidade Federal de Uberlândia（乌贝兰迪亚联邦大学）
本文提出利用极化输运重构单电子自旋量子比特密度矩阵的方法，通过测量不同磁轴的隧穿事件概率分布，结合机器学习技术推断密度矩阵元素，验证了该方法的有效性和鲁棒性。
2026-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin manipulation in an exchange-only qubit
三自旋量子比特的调制、操纵和测量是通过一个少电子三重量子点来实现的，其中所有的操作都可以通过调节最近邻交换相互作用来驱动。应用于两个附近的电荷传感器的多路复用反射计允许量子位读出。退相干被发现是一致的预测的基础上，具有均匀的功率谱的栅极电压噪声。发展了只交换量子比特的理论，并表明只有两个自旋的初始化就足以进行操作。概述了仅使用交换和静电相互作用的完全多量子位控制的要求。
2010-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity Mode Initialization via a Rabi Driven Qubit
本文提出一种名为“拉比驱动重置”的新技术，通过拉比驱动量子比特将存储模状态转移至衰减模，实现任意相干态初始化，仿真显示初始化时间比现有方法快一个数量级。
2025-01-22 quant-ph
Feedback-based active reset of a spin qubit in silicon
本文针对硅自旋量子比特，提出基于量子非破坏性读出和硬件反馈的主动复位方法，并结合累积读出技术提升初始化保真度，为容错量子计算提供可行路径。
2022-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-Time Charge Initialization of Diamond Nitrogen-Vacancy Centers for Enhanced Spin Readout
量子比特性能的一个常见障碍是不完美的状态初始化。在金刚石氮空位（NV）中心的情况下，初始化保真度受到光泵浦期间缺陷电荷状态波动的限制。在这里，我们使用实时控制来确定性地初始化NV中心在室温下的充电状态。我们证明了99.4 $\pm$ 0.1%的最大电荷初始化保真度，并提出了一个定量模型的初始化过程，允许系统级优化的自旋读出信噪比。即使考虑到与初始化序列相关联的开销，将电荷初始化保真度从接近1的75%的稳态值增加到允许实验中的两倍加速，同时保持相同的信噪比。结合基于自旋-电荷转换的高保真读出，实时初始化可实现传统方法的20倍加速，从而使我们的单NV中心自旋的交流磁灵敏度达到1.3 nT/Hz $^{1/2}$。实时控制方法对于具有NV中心的量子传感应用以及探测电荷相关物理立即有益，并且它将促进多量子比特系统上的量子反馈控制协议。
2019-07-20 quant-ph
Theory of the Simultaneous Transient Dispersive Readout of Multiple Spin Qubits
本文提出在量子比特退相干时通过拉普拉斯变换分离同一谐振器模式下多自旋量子比特贡献的多路复用时域色散测量范式，实现同时单次读出，硅自旋量子比特实验显示其保真度具竞争力且测量时间更优，还扩展至辅助量子比特的量子非破坏测量。
2024-11-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Path-dependent initialization of a single quantum dot exciton spin in a nano-photonic waveguide
我们展示了一个平面内初始化和读出的单个激子自旋的InGaAs量子点（QD）耦合到GaAs纳米束波导的计划。QD和纳米束的光学模式的手性耦合使得在没有场的情况下，在磁场$B=1$ T和$\sim$ 0.9中能够实现自旋初始化和接近统一的读出保真度。我们进一步表明，这种面内激发方案是独立的入射激发激光偏振，只依赖于激发方向。该方案为量子信息应用中的光子介导自旋网络提供了一个鲁棒的面内自旋激发基础。
2016-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Majorana Qubit Readout Using Longitudinal Qubit-Resonator Interaction
我们提出了一种基于参数调制的Majorana束缚态与共振器之间的纵向相互作用的量子非破坏Majorana量子比特读出协议。可以通过可调谐隧道势垒的微波频率栅极电压或通量控制来调制相互作用。量子位-谐振器耦合是指数精度的量子非破坏性，这是从马约拉纳零模式的拓扑性质继承的属性。用于单量子位读出的相同机制也可以扩展到执行多量子位测量，并用于制定远程纠缠门。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hyperfine spectroscopy and fast, all-optical arbitrary state initialization and readout of a single, ten-level ${}^{73}$Ge vacancy nuclear spin qudit in diamond
本研究实现了对金刚石中单个十能级 ${}^73$Ge 空位核自旋 qudit 的超精细结构观测、核自旋读出，并在微秒尺度上以高达约 84% 的保真度实现了任意态的光控初始化，
2024-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge noise and overdrive errors in reflectometry-based charge, spin and Majorana qubit readout
结合量子点的固态量子比特可以通过门反射计读出。在这里，我们从理论上描述的物理机制，使这种基于反射的读出方案不完美。我们讨论了电荷量子比特，单重态-三重态自旋量子比特和马约拉纳量子比特。在我们的模型中，我们考虑了由于慢电荷噪声和过驱动（当太强的探针导致错误时）而导致的读出错误。一个关键的结果是，对于电荷和自旋量子位，读出保真度在大的探测强度下饱和，而对于马约拉纳量子位，存在最佳的探测强度，其提供最大化的读出保真度。我们还指出，存在严重的读出错误出现在一个共振的方式作为脉冲强度的增加，并表明，这些错误与探针诱导的多光子跃迁。除了提供实用的指导方针，优化读出，我们的研究也可能会启发如何使用门反射器件表征。
2020-06-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Initialization and Readout of Nuclear Spins via negatively charged Silicon-Vacancy Center in Diamond
在这项工作中，我们演示了通过带负电荷的硅空位（SiV）电子自旋量子比特的核自旋的初始化和读出。在Hartmann-Hahn条件下，电子自旋极化相干地转移到核自旋。通过SiV的荧光观察核极化的读出。我们还表明，核自旋的相干时间（6毫秒）是有限的电子自旋晶格弛豫由于超精细耦合到电子自旋。这项工作为实现量子硬件的构建块铺平了道路，该量子硬件具有基于SiV色心耦合到持久核存储器的有效自旋光子接口。
2019-02-19 quant-ph
Spin Readout and Initialization in a Semiconductor Quantum Dot
半导体中的电子自旋量子比特从长相干时间的观点来看是有吸引力的。然而，单自旋测量是具有挑战性的。几个有前途的计划，包括辅助隧道耦合，可能会提供不必要的信道退相干。在这里，我们提出了一种新的自旋-电荷转换方案，通过微波激发将单个量子点内的自旋信息转换为轨道信息。相同的量子点可用于快速初始化、选通和读出。我们提出了详细的建模，这样的设备在硅，以确认其可行性。
2004-03-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single-shot latched readout of a quantum dot qubit using barrier gate pulsing
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Intel Corporation（英特尔公司）；HRL Laboratories, LLC.（HRL实验室有限公司）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
本文提出了一种利用屏障门脉冲动态控制量子比特与蓄水池隧道速率的方法，用于单次测量量子点量子比特，并减少了相干拉莫尔振荡测量中的量子比特重置时间。
2026-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast quantum non-demolition readout from longitudinal qubit-oscillator interaction
我们展示了如何利用纵向量子位-振子相互作用实现高保真量子非破坏量子位读出。这通过在腔频率处调制纵向耦合来实现。量子位-振荡器相互作用然后充当腔上的量子位状态依赖驱动，这种情况与标准色散情况根本不同。可以利用单模压缩来指数地增加该读出协议的信噪比。我们在电路量子电动力学和一个可能的多量子位架构中实现了这个想法。
2015-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sub-microsecond high-fidelity dispersive readout of a spin qubit with squeezed photons
针对电子自旋量子比特快速读取难题，提出用位移压缩真空态光子进行色散读取，在低强度下实现亚微秒级、99%以上保真度的非破坏性测量，助力量子纠错与通用量子计算。
2023-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-shot readout of multiple nuclear spin qubits in diamond under ambient conditions
我们利用金刚石中单个氮空位缺陷的电子自旋，在环境条件下实时观测了相邻单个核自旋的演化。使用天然丰度的$^{13}$ C同位素的金刚石样品，我们首先展示了高保真度初始化和单个$^{13}$ C核自旋的单次读取。通过在量子寄存器中包括NV缺陷的固有$^{14}$ N核自旋，然后我们报告了与两个核自旋物种相关的量子跳跃的同时观察，提供了两个量子位的有效初始化。这些结果为基于金刚石的量子信息处理开辟了新的途径，包括量子纠错协议中的主动反馈和室温下与固态单自旋的量子关联测试。
2012-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
High fidelity state preparation, quantum control, and readout of an isotopically enriched silicon spin qubit
量子系统必须以高保真度进行准备、控制和测量，以便执行复杂的量子算法。硅自旋量子位的控制精度已经大大提高，但状态准备和读出精度通常很差。通过在低电子温度下工作并采用高带宽低温放大器，我们证明了单量子比特读出的灵敏度> 99%，超过了量子纠错的阈值。在相同的器件中，我们实现了平均单量子比特控制精度> 99.95%。我们的研究结果表明，硅自旋量子比特可以操作具有高的整体操作保真度。
2022-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Initialization and Readout of Spin Chains for Quantum Information Transport
线性自旋链作为量子线是实现可扩展的量子信息处理器的一种很有前途的方法。磷灰石晶体中的核自旋为量子信息传输的实验研究提供了一个理想的实验平台，因为它们近似地模拟了一维自旋链。核磁共振技术可用于驱动自旋链动力学和探测伴随的输运机制。在这里，我们展示了这些自旋链的初始化和读出能力，即使在没有单自旋寻址能力。这些控制方案使得能够为量子信息传输准备期望的状态，并探测它们在传输哈密顿量下的演化。通过对$^{19}$ F NMR谱线的详细分析，进一步优化了控制方案。
2011-12-02 cond-mat.other quant-ph
Latched readout for the quantum dot hybrid qubit
读出量子点混合量子位的主要方法涉及将逻辑基投影到容易被集成电荷感测点检测到的不同电荷状态上。然而，在最简单的配置中，激发的电荷状态迅速衰减，使得单次读出具有挑战性。在这里，我们展示了一个读出过程，其中量子位激发态被锁存到亚稳态电荷配置，其寿命是隧道速率限制的，在这里持续长达2.5 ms。此外，我们表明，在（4，1）-（3，2）电荷配置中工作能够实现比典型电荷配置更大且更可调谐的锁存读出窗口，因为读出窗口的尺寸由轨道分裂而不是谷分裂确定。
2022-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal control of a six-qubit quantum processor in silicon
未来能够解决相关问题的量子计算机将需要大量可以可靠运行的量子比特。然而，具有大量子位计数和以高保真度操作的要求通常是冲突的。半导体量子点中的自旋显示出长期的前景，但到目前为止，演示使用1到4个量子位，并且通常优化单量子位或双量子位操作或初始化和读出的保真度。在这里，我们增加了量子位的数量，同时实现了普遍操作，状态准备和测量的可观的并行性。我们设计，制造和操作一个六量子位处理器，专注于仔细的哈密顿工程，在一个高层次的抽象编程的量子线路和高效的背景校准，所有这些都是必不可少的，以实现这个扩展系统的高精度。状态准备将测量初始化和实时反馈与量子非破坏测量相结合。这些进展将允许测试越来越有意义的量子协议，并构成迈向大规模量子计算机的主要垫脚石。
2022-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anyonic interferometry without anyons: How a flux qubit can read out a topological qubit
通过涡旋的量子干涉来测量超导体中的非阿贝尔任意子的提议受到Abrikosov涡旋正常核的主要经典动力学的影响。我们展示了如何避免这种阻塞使用无核约瑟夫森涡旋，量子动力学已被证明实验。干涉仪是约瑟夫森结电路中的通量量子比特，它可以无损地读出存储在一对任意子中的拓扑量子比特-即使约瑟夫森涡旋本身不是任意子。通量量子比特不耦合到内涡旋激发，从而消除了对超导体中任意子干涉测量的操作温度的主要限制。
2010-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-dispersive resonator readout of a quantum-dot qubit using longitudinal coupling
本文通过纵向耦合机制，在量子比特与谐振器频率失谐约10 GHz的超色散区域中，成功实现了对量子点混合量子比特的读出，展示了纵向耦合在半导体量子比特运行中的潜力。
2025-01-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Approaching ideal visibility in singlet-triplet qubit operations using energy-selective tunneling-based Hamiltonian estimation
该研究利用能量选择隧穿读出技术实现GaAs量子点阵列中双电子自旋量子比特的哈密顿量参数估计，优化读出保真度并结合自适应初始化与贝叶斯推断，提升了相干时间及量子振荡可见性等关键性能，助力高级量子控制协议。
2024-11-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Soft Decoding of a Qubit Readout Apparatus
量子位读出通常通过对模拟检测器信号的集合进行阈值化以获得单次激发位值的序列来执行。从模拟信号到数字信号的映射的固有不可逆性丢弃了与\emph{a posteriori}置信度相关联的软信息，当检测器被很好地表征时，该软信息可以被分配给每个比特值。考虑到软信息，我们在增强的状态检测与量子重复码以及量子态或参数估计的显着改善。尽管现实读出模型的非高斯特征、实验相关的少量量子位和有限的编码误差，这些优点仍然存在。这些结果显示了有用的和可实现的优势，目前广泛的实验量子态断层扫描，参数估计，和量子位读出。
2014-12-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement efficiency and n-shot read out of spin qubits
我们考虑量子点中的电子自旋量子位，并定义测量效率e以表征通过n次读取的可靠测量。我们提出了各种实施方案的基础上的双点和量子点接触（QPC），并表明，相关的效率e变化之间的50%和100%，允许单发读出在后一种情况下。我们模拟读出微观和推导出其时间动力学的广义主方程，计算QPC电流，并表明它允许在现实条件下读出自旋。
2003-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transport Signatures of a Majorana Qubit and Read-out-induced Dephasing
受最近提出的Majorana量子比特及其量子态读出的启发，我们研究了由超导桥分流的两条平行拓扑线形成的量子比特设置。导线进一步耦合到两个量子点，这两个量子点也直接连接，从而产生干涉回路。通过该系统的传输电流示出了在QND测量中区分量子位的两个基态的干涉图案。我们分析了各种属性的干扰电流和读出过程中，包括所产生的失相和弛豫。我们还分析了不同的控制参数，如栅极电压对电流的影响。特征依赖性可以作为Majorana束缚态的签名。
2019-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast readout of quantum dot spin qubits via Andreev spins
本文提出利用量子点与Andreev自旋量子比特间的电可调耦合，实现微秒以下的高保真快速读出，且可关闭耦合以减少串扰，兼容锗器件，助力可扩展量子计算。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Z-basis measurements using mixed parity and direct readout
本文提出利用混合宇称和直接读出，在不使用辅助读出量子比特的情况下对三量子比特自旋寄存器进行Z基测量与量子态层析，并通过仿真和GHZ态实验验证了该方法的有效性。
2025-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity initialization a logical qubit with multiple injections
针对表面码中非 Clifford 逻辑门容错实现需大码距、高开销的问题，本文提出利用多条可采用不同旋转角度的逻辑链进行多次注入的连续容错初始化方案，降低了码距要求与资源开销。
2025-02-05 quant-ph
Reducing quantum measurements in qubit-based overlapping grouping methods for quantum energy estimation through better initializations
McMaster University（麦克马斯特大学）
研究通过更好初始化减少量子能量估计中测量成本，提出方差感知排序插入（VarSI）方法，利用协方差字典构建更好非重叠组，有三个变体，经分子基准测试效果良好。
2026-09-11 quant-ph
Initialization of NMR Quantum Registers using Long-Lived Singlet States
已知在一定条件下的核自旋对系综表现出比其他非平衡态长得多的单重态寿命。单重态的这种性质可以在量子信息处理中被利用，用于量子寄存器的有效初始化。在这里，我们描述了一个一般的方法初始化和实验证明它与两个，三个和四个量子位核自旋寄存器。
2010-08-11 quant-ph
Fast and high-fidelity state preparation and measurement in triple-quantum-dot spin qubits
该研究在Si/SiGe三量子点自旋量子比特中实现了快速高保真度的态制备与测量，通过全电学控制达到2.5×10⁻³的不保真度，为可扩展量子计算奠定基础。
2022-01-28 quant-ph
High fidelity two-qubit gates on fluxoniums using a tunable coupler
超导磁通量子比特具有更好的相干性和更大的非谐性，为大规模基于超导体的量子计算提供了一种很有前途的替代方案。多量子位fluxonium器件的一个主要挑战是实验演示具有高保真单量子位和双量子位门、单次读出和状态初始化的可扩展无串扰多量子位架构。在这里，我们提出了一个基于双量子位通量的量子处理器，它具有一个可调谐耦合器元件，遵循我们的理论建议[DOI：10.1063/5.0064800]。我们实验证明fSim型和受控Z门与$99.55\%$和$99.23\%$的结晶度，分别。残留的ZZ相互作用被抑制到几kHz的水平。使用电流耦合通量控制线，我们实现了高保真单量子位门和基态初始化与一个任意波形发生器通道每个量子位。
2022-03-31 quant-ph
Nondestructive readout for a superconducting flux qubit
我们提出了一种新的读出方法的超导磁通量子比特，基于测量的约瑟夫森电感的超导量子干涉装置，电感耦合到量子比特。本征通量检测效率和反作用适合于量子位的量子态的快速和非破坏性确定，如在量子计算机中读出多个量子位所需的。我们对通量量子比特进行了光谱分析，并测量了80 $μs$量级的弛豫时间。
2004-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
State preparation of a fluxonium qubit with feedback from a custom FPGA-based platform
基于现场可编程门阵列（FPGA）平台，我们开发了一种用于超导量子比特（qubit）实验的多功能集成控制和读出仪器。使用该平台，我们执行基于测量的闭环反馈操作，具有$428 \, \mathrm{ns}$平台延迟。反馈能力有助于在比其能量弛豫时间$T_1$短得多的时间内实现量子位到基态的主动复位初始化。我们展示了实验结果，演示复位的磁通量子位与$99.4\,\%$保真度，使用读出和驱动脉冲序列约$1.5 \, \mathrm{μs}$长。与通过热化的被动基态初始化相比，使用$T_1 = ~ 80 \, \mathrm{μs}$给出的时间常数，使用基于FPGA的平台使我们能够将量子位初始化的保真度和时间提高一个数量级。
2019-12-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Rapid high-fidelity multiplexed readout of superconducting qubits
量子位读出的持续时间和保真度是量子信息处理中的应用的关键因素，因为它限制了在测量之后重新使用量子位或基于测量结果应用反馈的算法的保真度。在这里，我们提出了一个单一的1.2 GHz宽的读出通道中的五个量子位的快速多路复用读出。使用80 ns的读出脉冲长度和填充读出谐振器小于250 ns，我们发现五个测量的量子位的平均正确分配概率为$97\%$。单个读出误差与同时测量量子位时发现的误差之间的差异在$1\%$范围内。我们采用单独的Purcell滤波器为每个读出谐振器，以抑制非谐振驱动，我们的特点是对无意中测量的量子位施加的失相。我们期望这里提出的读出方案对于多量子比特量子处理器中单个量子比特的选择性读出特别有用。
2018-01-24 quant-ph
Efficient state initialization by a quantum spectral filtering algorithm
给出了一个将量子寄存器转换为具有指定能量范围的状态的算法，对应于著名的Feit-Fleck方法的量子实现。这是通过引入一个标准的光谱滤波过程结合切趾技术的非确定性量子实现，允许准确的状态初始化。它表明，实施只需要两个辅助量子比特。该算法的成功的总概率的下界推导，表明该计划可以实现使用有限的，相对较低的试验次数。假设时间演化可以有效地执行，并使用多项式接近所需状态的试验状态，它表明，所需的操作的数量与量子位数的多项式尺度。准确性和性能之间的权衡表现在一个简单的例子：谐波振荡器。该算法将有助于在数字量子计算机上模拟量子系统的初始化阶段。
2017-04-21 quant-ph
All-optical initialization, readout, and coherent preparation of single silicon-vacancy spins in diamond
金刚石中的硅空位色心（$\mathrm{SiV}^-$）因其独特的光学性质而引起人们的关注。它表现出光谱稳定性和不可分辨性，有助于有效产生能够证明量子干涉的光子。在这里，我们展示了高保真光学初始化和读出的电子自旋在一个单一的$\mathrm{SiV}^-$中心与$T_1=2.4\pm0.2$ ms的自旋弛豫时间。相干布居捕获（CPT）是用来演示相干制备的暗叠加态的自旋相干时间为$T_2^\star=35\pm3$ ns。这从根本上受到轨道弛豫的限制，对这一过程的理解为通过与声子的工程相互作用来扩展相干性开辟了道路。这些结果确立了$\mathrm{SiV}^-$中心作为固态自旋光子界面。
2014-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Improved superconducting qubit state readout by path interference
高保真度的Single Shot量子比特态读出对于许多量子信息处理协议是必不可少的。在超导量子线路中，量子比特的状态通常是通过检测微波腔的色散频移来确定的。在本文中，我们演示了使用的透射和反射信号之间的建设性干涉，以优化量子比特的状态读出，我们发现一个更好的解决状态歧视和提高量子比特读出保真度。作为一种简单方便的方法，我们的方案可以与其他基于腔光子态鉴别的量子比特读出方法相结合，进一步提高量子比特态的读出。
2021-11-01 quant-ph
Two-Qubit State Tomography using a Joint Dispersive Read-Out
量子态层析成像是量子信息科学中全面表征多量子比特态及其相关性的重要工具。在这里，我们报告了一种方法来执行联合同时读出的两个超导量子比特色散耦合到微波传输线谐振器的相同模式。谐振器传输对量子比特状态相关腔频率的非线性依赖性允许我们提取完整的两量子比特相关性，而不需要Single Shot读出各个量子比特。我们采用标准的层析技术来重建双量子比特量子态的密度矩阵。
2008-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Measuring effective temperatures of qubits using correlations
在纯态下量子比特的量子化是量子计算机运行的先决条件。量子比特通常通过被动热化或使用主动重置协议冷却到它们的基态来初始化。为了精确地量化初始化，需要一种工具来以足够的精确度测量激发态布居，假定伪激发态布居可能不超过百分之几。在这封信中，我们提出了一种新的技术，使用两个连续测量之间的相关性来寻找量子比特的激发态布居。我们实验实现所提出的技术使用电路QED平台，并比较其性能与以前开发的技术。与其他技术不同，我们的方法不需要高保真度读出，也不涉及量子比特子空间之外的系统激发能级。我们实验证明测量的虚假量子比特人口的准确度高达$0.01\%$。这种精确度使我们能够对量子位进行“温度光谱学”，这有助于揭示退相干的来源。
2020-01-02 quant-ph
Cryogenic High-Frequency Readout and Control Platform for Spin Qubits
我们已经开发了一个用于自旋量子比特控制和读出的低温平台，该平台包括基于一组耦合印刷电路板的高密度直流和射频样品互连。模块化设置包括24条滤波直流线路、14条控制和读出线路，带宽从直流到6 GHz以上，以及2条微波连接，用于40 GHz的激励。我们报告了该平台的性能，包括信号完整性和串扰测量，并讨论了构建多量子位器件所需的样本互连技术的设计标准。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
All-Microwave Control and Dispersive Readout of Gate-Defined Quantum Dot Qubits in Circuit Quantum Electrodynamics
发展快速准确的控制和读出技术是利用半导体量子比特进行量子信息处理的一个重要挑战。本文研究了GaAs/AlGaAs双量子点（DQD）电荷量子比特与高阻抗SQUID阵列谐振器强耦合的动力学和相干特性。我们用合成的微波脉冲驱动量子比特跃迁，并通过量子比特在色散耦合谐振器上产生的依赖于状态的频移来执行量子比特读出。我们进行拉比振荡，拉姆齐条纹，能量弛豫和哈恩回波测量，并发现显着降低退相干率下降到$γ_2/2π\sim 3\,\rm{MHz}$对应的相干时间高达$T_2 \sim 50 \, \rm{ns}$的电荷状态在门定义的量子点量子比特。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Ideal Quantum Nondemolition Readout of a Flux Qubit Without Purcell Limitations
在量子计算中，基于Rabi模型的大失谐色散耦合被广泛用于量子非破坏（QND）量子比特读出。然而，测量速度和保真度通常受到Purcell效应的显著限制，即：Purcell衰变，临界光子数和依赖于量子位的克尔非线性。为了避免这些影响，我们提出了如何实现一个理想的QND读出的梯度通量量子比特与可调间隙通过其非微扰色散耦合（NPDC）的频率可调测量谐振器。我们表明，这种基于NPDC的读出机制是免费的偶极场相互作用，量子比特QND测量不恶化腔内光子。量子位读出速度和保真度都可以\emph{avoid the Purcell limitations}。此外，NPDC可以方便地打开和关闭通过外部控制通量。我们将展示如何将此建议扩展到多量子位架构的联合量子位读出。
2019-12-17 quant-ph
