Hybrid Atom--Photon Quantum Gate in a Superconducting Microwave Resonator
利用超导共面波导腔中原子和微波光子之间的强共振微波耦合，提出了一种新的混合量子门.使用实验上可实现的参数，对于低于40 mK的波导温度，在亚$μ$ s的时间尺度上，门结晶度$> 0.99$是可能的。这提供了在两个不同的量子系统之间产生纠缠的机制，并且代表了创建适用于量子模拟和量子信息处理的混合量子接口的重要步骤。
2013-12-18 physics.atom-ph quant-ph
Long-range two-hybrid-qubit gates mediated by a microwave cavity with red sidebands
本文理论研究了由微波腔介导的两个量子点混合量子比特之间的长程门方案，利用其强电荷偶极矩甜点实现非共振门控，在现实参数下保真度>95%，改进后可达>99%。
2021-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bosonic quantum error correction with microwave cavities for quantum repeaters
针对长距离量子通信的量子中继器需求，本文分析集成玻色纠错的中继系统密钥率，提出基于二项式码抑制存储损耗错误的方案，验证微波腔-超导transmon及全光实现路径的可行性。
2025-11-14 quant-ph
Coherent control of an NV$^-$ center with one adjacent 13C
研究了在不同的磁场条件下，通过方波射频和微波频率脉冲相干控制由金刚石中带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心和附近的碳$^{13}$ C自旋$I_{\text{C}}=1/2$组成的有效三量子比特系统时，理论上可实现的量子效率.这样的系统在量子信息相关任务中具有潜在的有趣应用，例如分布式量子计算或量子中继器方案。我们发现，最好的结晶度可以实现在一个中间的磁场制度。然而，仅利用方波脉冲，达到由容错量子计算的当前模型预测的保真度阈值将是具有挑战性的。
2014-04-02 quant-ph
Electro-optic entanglement source for microwave to telecom quantum state transfer
我们提出了一种高效的微波光子调制器作为稳定纠缠微波光场的来源，发展了多谐振电光系统中确定性纠缠产生和量子态转移的理论。该器件基于集成到3D微波腔中的单晶回音壁模式谐振器。具体的设计依赖于薄膜技术和传统加工的新组合，该组合针对微波、光学和机械领域的最低耗散率进行了优化。我们从有限元模拟中提取重要的器件特性，并预测连续可变纠缠产生率的顺序为兆比特/秒的光泵浦功率只有几十微瓦。在实际条件下，我们比较了相干态、压缩态和非高斯态在隐形传态和直接转换方案中的量子态传输效率。将电路量子电动力学的独特能力与光纤通信的弹性相结合，可以促进长距离固态量子比特网络，量子信号合成，量子密钥分发和量子增强检测的新方法，以及更节能的经典传感和调制。
2019-09-03 quant-ph
Enhanced local addressability of a spin array with local exchange pulses and global microwave driving
本文提出一种结合全局微波场和局部交换脉冲的策略，通过单比特门和SWAP门实现对随机g因子分布的大型自旋阵列中单个自旋的寻址，并保持门保真度高于99%。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave Quantum Link between Superconducting Circuits Housed in Spatially Separated Cryogenic Systems
超导电路是实现量子计算系统的有力竞争者，也被成功地用于研究量子光学和混合量子系统。然而，它们的低温操作温度和目前缺乏保持相干性的微波到光学转换解决方案，阻碍了超导量子网络跨越不同低温系统或更大距离的实现。在这里，我们报告的低温波导相干连接transmon量子位位于两个稀释冰箱分开的物理距离为5米的成功操作。我们在这个基本网络的两个节点之间传输量子比特态并按需产生纠缠，平均传输和目标态的正确率分别为85.8%和79.5%。低温微波链路确实提供了一个机会，可以扩大量子计算系统的规模，并在至少几十米的长度尺度上创建局域量子通信网络。
2020-08-04 quant-ph
Improving quantum state transfer: Correcting non-Markovian and distortion effects
针对量子态传输中波包畸变和非马尔可夫效应问题，提出一种通用量子光学模型下的修正策略，通过推导控制脉冲补偿畸变，可将传输保真度提升至三个数量级。
2022-12-15 quant-ph
Polarization entanglement purification of nonlocal microwave photons based on the cross-Kerr effect in circuit QED
随着第一颗量子卫星的成功发射，微波光子成为量子通信中非常重要的量子比特。因此，如何保证微波量子通信的高安全性和高效率，是一个非常有意义的课题。基于电路量子电动力学中的交叉克尔效应，提出了一种新颖的非局域微波光子偏振纠缠纯化方案。该方案可以解决由于环境噪声的退相干而导致用于构建量子信道的最大纠缠态纯度降低的问题。这个任务是通过偏振奇偶校验量子非破坏（QND）检测器，位翻转操作，和线性微波元件。QND探测器由多个交叉克尔效应系统组成，通过将两个超导传输线谐振器耦合到具有N型能级结构的超导分子上来实现。给出了电路QED中QND测量系统的适用实验参数，并分析了其可行性。该协议在未来微波光子辅助的长距离量子通信中有很好的应用前景，如卫星量子通信。
2017-12-05 quant-ph
Simultaneous High-Fidelity Single-Qubit Gates in a Spin Qubit Array
RIKEN（理化学研究所）；National Taiwan University（国立台湾大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
研究硅自旋量子比特阵列中同时高保真单量子比特门的问题，核心方法是引入基于成对相位校准的可扩展缓解协议，主要贡献是实现了高保真控制，在多量子比特同时操作时保持了较高保真度，克服了关键挑战并凸显共享控制线潜力。
2026-07-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast universal quantum gates on microwave photons with all-resonance operations in circuit QED
电路量子电动力学（QED）中超导量子比特上的斯塔克位移在以前的工作中被用来在超导谐振器上构造通用量子纠缠门。它是色散区中谐振器和量子比特之间的二阶耦合效应，这导致量子比特上的缓慢状态选择旋转。本文提出了两种在多个超导谐振器耦合到一个超导量子点构成的微波-光子量子处理器中的超导谐振器上构造快速通用量子门的方案，即在两个微波-光子谐振器上构造受控相位（c相位）门和在两个微波-光子谐振器上构造受控相位门在三个谐振器上的（cc-相位）门，采用量子谐振操作，而没有任何驱动场。与以往的工作相比，我们的通用量子门在理论上具有更高的量子效率和更短的操作时间。数值模拟结果表明，我们的c相门的保真度为99.57%，在约38.1 ns和我们的cc相门的保真度为99.25%，在约73.3 ns。
2015-03-11 quant-ph
Microwave-based Arbitrary CPHASE Gates for Transmon Qubits
超导transmon量子比特在量子计算和量子模拟中具有重要的应用价值。量子化学模拟算法的一个关键组成部分是将演化分解为小步骤，这自然会导致需要非最大纠缠的任意CPHASE门。在这里，我们设计这样的微波为基础的门使用一个解析可解的方法，导致平滑，简单的脉冲。我们使用局部不变量的$SU(4)$中的演化算子开发的脉冲协议，它允许连续调谐的相位的构建方法。我们发现CPHASE结晶度超过$0.999$，门时间低至$100\text{ ns}$。
2019-08-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust entanglement by continuous dynamical decoupling of the J-coupling interaction
我们提出了一个$σ_z\otimes σ_z$激光自由纠缠门，它利用了静态磁场梯度中离子的本征J耦合。通过使用微波场对的连续动态解耦来抑制相互作用的失相。门是几乎不敏感的微波场的共同振幅噪声，并使高的quantiities，尽管量子比特频率波动，而J耦合相互作用的固有鲁棒性运动退相干保留。远低于容错阈值的误差可以在高初始温度下实现，从而否定了在多普勒温度以下的边带冷却的要求。通过调节连续微波场的功率，J耦合相互作用可以被调谐并且可以用于在离子链内实现并行纠缠门。
2021-10-14 quant-ph
Compiling Arbitrary Single-Qubit Gates Via the Phase-Shifts of Microwave Pulses
本研究提出利用微波脉冲相移的超导处理器任意单量子比特门编译方案，仅需校准两种脉冲，在fluxonium上实现最优保真度，另提出两种方案并证明虚拟Z门可扩展为任意轴虚拟门，适用于所有支持虚拟Z的平台。
2025-08-04 quant-ph
Pulsed Dynamical Decoupling for Fast and Robust Two-Qubit Gates on Trapped Ions
我们提出了一种脉冲动态解耦协议，作为两个微波驱动的囚禁离子超精细量子比特之间的可调，快速，鲁棒的量子相位门的发生器。该协议由一系列$π$脉冲组成，这些脉冲作用于沿外部施加的磁场梯度定向的离子。与现有方法相比，在我们的设计中，离子链的两种振动模式在外部微波驱动的影响下合作，以实现显着提高门速度。我们的计划是强大的对占主导地位的噪声源，这是错误的磁场和微波脉冲强度，以及运动加热，预测两个量子比特门以上的$99.9\%$在几十微秒的结晶度。
2018-05-09 quant-ph
Measuring and correcting nanosecond pulse distortions in quantum-dot spin qubits
University of Rochester（罗切斯特大学）；University of Rochester Center for Coherence and Quantum Science（罗切斯特大学相干与量子科学中心）
本研究提出了一种用于量子点自旋量子比特中纳秒脉冲失真的测量与校正方法，通过数字预失真滤波器提高控制保真度。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Realization of a Universal Quantum Gate Set for Itinerant Microwave Photons
本研究利用超导电路实现了微波频段无需后选择的确定性光子-光子通用门集合，测得单、双量子比特门保真度分别为75%和57%，为超导量子网络提供了新的技术路径。
2021-06-07 quant-ph
Fast microwave-driven three-qubit gates for cavity-coupled superconducting qubits
虽然单量子比特和双量子比特门对于通用量子计算是足够的，但是单发三量子比特门极大地简化了量子纠错方案和算法。我们设计了一种基于微波脉冲的快速、高保真的三量子比特纠缠门，用于通过超导谐振器耦合的transmon量子比特。我们表明，当量子比特间的频率差与单量子比特非谐性相当时，错误主要是通过一个不必要的过渡发生的。这一特性使得基于简单分析脉冲形状的快速三量子位门的设计成为可能，这些脉冲形状被设计成最小化此类误差。我们表明，一个三量子位ccz门可以在260 ns的结晶度超过$99.38\%$，或$99.99\%$与数值优化。
2016-12-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
The experimental realization of high-fidelity `shortcut-to-adiabaticity' quantum gates in a superconducting Xmon qubit
基于“捷径绝热”（STA）方案，我们在超导Xmon量子比特系统中设计并实验实现了一组高保真单量子比特量子门。通过精确的微波控制，量子比特被驱动以在反非绝热场的帮助下遵循快速的“绝热”轨迹，并通过绝热门校正导数去除。量子过程层析成像和交叉随机基准测试的实验结果表明，我们设计的STA量子门的过程保真度高于94.9%，门的保真度高于99.8%，非常接近于99.9%的门保真度。在STA协议下成功实现了一种替代的高保真度量子门。
2018-04-23 quant-ph
Spin-Phonon-Photon Strong Coupling in a Piezomechanical Nanocavity
我们引入了一个半导体自旋、机械声子和微波光子之间强耦合的混合三重量子系统。该系统由具有集成金刚石应变集中器的压电谐振器组成，实现了微波-声学和自旋-声学耦合速率$\sim$ MHz或更高，允许同时超高协同性（分别为$\sim 10^3$和$\sim 10^2$）。从有限元建模和主方程模拟，我们估计光子自旋量子态转移的结晶度超过0.97的基础上，分别证明了设备参数。我们预计，该设备将实现混合量子架构，利用超导电路和固态自旋的优势进行信息处理，存储和网络。
2022-05-03 quant-ph
High-Fidelity, Frequency-Flexible Two-Qubit Fluxonium Gates with a Transmon Coupler
我们提出并演示了基于transmon耦合器的fluxonium双量子比特门架构，实现频率可调的高保真CZ门，峰值保真度达99.9%，并通过强化学习进一步提升至99.922%。
2023-04-12 quant-ph
Extensible circuit-QED architecture via amplitude- and frequency-variable microwaves
我们介绍了一个电路QED架构相结合的固定频率量子比特和微波驱动耦合器。在适当的框架中，驱动参数显示为可调旋钮，能够实现选择性的两量子位耦合和相干误差抑制。此外，我们还介绍了一组基于驱动幅度和驱动频率调制的相位控制门。我们开发了一个基于Floquet理论的理论框架，以模拟微波激活的相互作用与时间相关的驱动参数，我们也使用脉冲整形。我们进行数值模拟的栅极保真度为现实的电路参数，并讨论驱动引起的退相干的影响。我们估计的平均门超过$99.9\%$的全微波控制相位操作的门时间范围内$50-120\,\mathrm{ns}$。这些双量子位门可以在大的驱动频率带宽和宽范围的电路参数下工作，从而提高了可扩展性。我们使用微扰理论来解决这种架构的频率分配问题，证明可以选择量子位、耦合器和驱动频率，使得不期望的静态和驱动相互作用在多量子位器件中保持有界。我们的数值方法是有用的描述的时间演化的驱动系统在绝热极限，并适用于各种各样的电路QED设置。
2022-04-19 quant-ph
Quantum communication with time-bin encoded microwave photons
在量子通信中，预告技术可以避免损失，而无需诉诸纠错方案或量子中继器。这样的技术例如通过在量子链路的接收端监测光子损失而不干扰所传输的量子态来实现。我们描述和实验基准的计划，将错误检测的量子信道连接两个transmon量子比特使用行进的微波光子。这是通过将量子信息编码为单个光子的时间仓叠加来实现的，这同时实现了高通信速率和高分辨率。所提出的方案是直接实现电路QED和完全微波控制，使其成为未来的模块化量子计算架构的一个有趣的候选人。
2018-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-Activated Controlled-Z Gate for Fixed-Frequency Fluxonium Qubits
超导磁通鎓电路是一个具有强非谐谱的人造原子：当偏置在半通量量子时，最低量子比特跃迁的频率比高能级跃迁的频率小一个数量级。类似于传统的原子系统，计算和非计算子空间之间的这种频率分离允许量子比特相干性和两量子比特相互作用的独立优化。在这里，我们描述了一个控制Z门的两个磁通连接电容或电感，与量子位跃迁固定在500 MHz附近。在涉及第二激发态的谐振下通过微波驱动来激活栅极。我们估计本征门的栅时间低于100 ns的结晶度超过99.9%。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically controlling single spin qubits in a continuous microwave field
大规模量子计算机必须建立在高度相干和局部可控的量子比特之上。利用连续微波磁场和纳米级静电门，我们演示了硅中单个31 P原子的电子和核自旋的量子控制。通过电场的局部变化，量子比特被调谐到与微波场共振，这引起量子比特能量的斯塔克位移。这种方法被称为A门控制，它保留了孤立自旋的出色相干时间和门特性，并且可以扩展到任意多个量子位，而不需要多个微波源。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Itinerant microwave photon detector
实现高效率的微波单光子探测器是微波量子光学领域的一个长期难题。在这里，我们提出了一个量子非爆破，高效率的光子探测器，可以很容易地实现在目前最先进的电路量子电动力学。该方案以连续的方式工作，获得有关光子到达时间及其存在的信息。允许规避测量反作用所施加的通常限制的关键见解是在非均匀人工原子的小集合中使用长寿命的暗态，以增加光子和测量设备之间的相互作用时间。使用现实的系统参数，我们表明，大的检测精度是可能的。
2017-10-17 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Coherent storage of microwave excitations in rare-earth nuclear spins
计算机的各种元件之间的接口-从存储器到处理器再到远程通信-对于量子计算机来说将与今天的经典计算机一样重要。顺磁性稀土掺杂晶体，如Nd $^{3+}$：Y $_2$ SiO $_5$（YSO），是这种量子界面的优秀候选者：已知它们表现出长的光学相干寿命（用于通过光子进行通信），具有核自旋（存储器），并且另外具有可以提供与超导量子位的混合耦合（处理）的电子自旋。在这里，我们研究了这三个元素中的两个，展示了在Nd $^{3+}$：YSO中电子和$^{145}$ Nd核自旋态之间的相干存储和恢复。我们发现核自旋相干时间可以达到9毫秒在$\approx 5$ K，约两个数量级以上的电子自旋相干，而量子态和存储/检索操作的过程层析成像显示的平均状态保真度为0.86。在较低温度和更均匀的射频激发下，预期时间和结晶度将进一步改善。
2014-12-23 quant-ph
Quantum teleportation over thermal microwave network
本研究在高达4K的热微波信道上，利用双模压缩态实现两个稀释制冷机间微波相干态的量子隐形传态，保真度分别达72.3%和59.9%，证明分布式超导架构的实验可行性。
2025-10-14 quant-ph
Generation of Frequency-Tunable Shaped Single Microwave Photons Using a Fixed-Frequency Superconducting Qubit
本文提出将微波谐振器视为带通滤波器，利用固定频率超导量子比特和失谐驱动生成频率可调的整形单微波光子，实现40 MHz调谐范围和约95%的状态与过程保真度。
2025-06-09 quant-ph
A proposal for the implementation of quantum gates in an optomechanical system via phonon blockade
提出了一种在基于声子阻断的光机系统中实现量子控制非门和量子相位门的方案。对于适当的系统参数的选择，两个量子门操作的量子效率是非常接近于单位的情况下耗散。使用最近取得的实验值在机械谐振器耦合到微波腔，我们表明，量子门可以实现非常高保真的实验。
2020-01-08 quant-ph
M2CS: A Microwave Measurement and Control System for Large-scale Superconducting Quantum Processors
本文提出M2CS微波测量与控制系统，以紧凑模块化设计实现高性能、可扩展性，满足大规模超导量子处理器测量控制需求，并适用于其他量子平台。
2024-08-21 quant-ph
Optimization of Two-Qubit Gates in Tunable-Coupler Architectures Using Single Flux Quantum Control
提出一种基于梯度和自动微分的连续嵌入方法，利用单磁通量子脉冲在可调耦合器架构中实现了高保真度的双比特门，并给出了减少脉冲存储内存的半解析构建方案。
2024-12-20 quant-ph
Finite-time quantum entanglement in propagating squeezed microwaves
双模压缩是量子纠缠的一个有趣的例子，表现在两个子系统之间不相容的观测量的互相关中。同时，这些子系统本身在它们的自相关中可能不包含量子签名。这些特性使得双模压缩态成为量子通信中的理想资源。在这里，我们产生的传播微波TMS态的光束分裂器分布的单模压缩从不同的约瑟夫森参量放大器沿两个输出路径。实验研究了连续变量传输TMS微波态中量子互相关的基本退相过程，并给出了精确的理论模型。通过这种方式，我们获得了对有限时间纠缠极限的洞察，并预测了远程态制备和量子隐形传态等基准量子通信协议的高量子效率。
2017-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Resonator-Assisted Quantum Bath Engineering of a Flux Qubit
我们展示了在微波共面波导谐振器辅助下制备任意轨道态的超导磁通量子比特的量子浴工程。研究了布洛赫球上任意方向旋转的偏振效率，并利用马尔可夫主方程的收敛条件得到了有效拉比频率。当微波谐振器的频谱与驱动器的特别定制的拉比和谐振频率相匹配时，可以在由谐振器光子损耗产生的耗散环境中有效地实现极化过程。我们的计算表明，对于实验上合理的样品参数，理论上可以达到99%以上的态制备纯度和微秒量级的所需时间。此外，我们的建议可以应用于其他具有基于自旋的量子位的系统。
2015-01-06 quant-ph
Hardware-Efficient Bosonic Module for Entangling Superconducting Quantum Processors via Optical Networks
针对超导量子处理器扩展需高效光互连但M2O转换器集成面临挑战的问题，提出基于SNAIL参数耦合的模块化架构，通过数值模拟证明30公里内kHz级速率下原始纠缠比特保真度F~0.8，非对称泵浦后达F~0.94，优于transmon方案。
2025-11-13 quant-ph
Measurement in control and discrimination of entangled pairs under self-distortion
量子关联和纠缠是量子信息和量子通信过程的基本资源。这些领域的发展通常假定这些资源是稳定的，不易受到扭曲。但情况并非总是如此，量子位之间的海森堡相互作用会对出于工程目的而产生的纠缠对产生扭曲（例如，量子位之间的海森堡相互作用）。G.用于量子计算或量子密码学）。实验工作展示了如何在量子点和电子气中产生纠缠的自旋量子比特，因此它的识别和控制对于以后的应用至关重要。寄生磁场的存在改变了该对预期的性能和行为。量子测量和控制有助于辨别原始状态，以便对其进行校正，或者只是尝试使用某些不改变其量子性质的程序来重建它。在一个海森堡哈密顿量和一个自畸变的非均匀磁场的作用下，通过外加一个磁场，可以在不需要预先区分的情况下重建两种不同的量子纠缠对，其保真度接近于1（相对于原始态，但没有区分）.之后，可以更有效地区分每个状态。这项工作的目的是展示如何结合这两个过程，首先在没有歧视的情况下重建，然后在歧视后进行适当的非本地测量，这是可能的：a）提高歧视，b）忠实地重新准备原始状态。整个过程的结晶度优于0.9。同时，还得到了关于所需测量的一类等价性的结果，这一性质使我们可以选择适当的测量，从而在不损失纠缠的情况下，简化了鉴别后的重新准备。
2010-05-19 quant-ph
Towards long-distance quantum networks with superconducting processors and optical links
我们设计了一个量子中继器架构，需要长距离量子网络，使用最近提出的微波猫态量子比特，形成和操纵通过超导非线性元件和微波腔之间的相互作用。这些量子位对于中继器特别有吸引力，因为除了作为具有确定性门操作的优秀计算单元之外，它们还具有足够长的相干时间来处理不可避免的传播延迟。由于微波光子的能量太低，不能携带量子信息在长距离，作为一个中间步骤，我们扩大了最近提出的微波光转换协议使用稀土离子（$\mathrm{Er^{3+}}$）掺杂晶体的激发态。为了提高纠缠分配率，我们建议使用频谱复用，通过在每个节点处采用腔阵列。我们比较我们的可实现的速率与直接传输和其他两个有前途的中继器的方法，并表明，我们可以在适当的制度，即使在现实的缺陷和噪声的存在下，更高，同时保持合理的最后状态的高性能。因此，在短期内，我们的工作可以直接用于安全的量子通信，而从长远来看，我们可以设想一个大规模的分布式量子计算网络建立在我们的架构。
2019-08-11 quant-ph
A thermal microwave bus for neutral atom quantum computing
Department of Physics and Astronomy, UCL（伦敦大学学院物理与天文系）
本文提出一种四能级架构，利用微波腔实现中性原子量子比特的长程门，通过双色拉曼门抑制衰变，保真度达0.997，并将纠错轮缩短至2.3-4.8倍。
2026-09-22 quant-ph
Low-entropy arrays of microwave-shielded molecules prepared by interaction blockade
Institute for Molecules and Materials, Radboud University（鲁道夫大学分子与材料研究所）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）；James Franck Institute and Department of Physics, The University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所和物理系）
通过相互作用阻塞技术，实现微波屏蔽分子在运动基态的高保真度单分子制备，为大规模极性分子阵列在量子计算和精密测量中应用奠定基础。
2026-02-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Compact Pulse Schedules for High-Fidelity Single-Flux Quantum Qubit Control
本研究将DRAG框架拓展至SFQ驱动的transmon量子比特，提出可存储于22比特内、门保真度超99.99%的紧凑脉冲序列，助力降低SFQ协处理器的面积与功耗并保留其优势。
2025-02-24 quant-ph
Native CCZ Gate with Fluxonium Qubits and a Microwave-Driven Coupler
National University of Science and Technology “MISIS”（国立科技大学 MISIS）；International Center for Quantum Optics and Quantum Technologies, Assn（国际量子光学与量子技术协会）；Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高等研究中心）
本文实验实现了基于 fluxonium 量子比特与微波驱动 transmon 耦合器的原生 CCZ 门，保真度达 99.39(5)%，性能受相干时间限制，为可扩展超导量子处理器提供了硬件高效的多量子比特门方案。
2026-07-30 quant-ph
Accurate Qubit Control with Single Flux Quantum Pulses
我们描述了谐振子和量子比特模式的相干操纵使用谐振链的单通量量子脉冲在微波的地方。我们表明，获得的脉冲到脉冲的间隔等于周期的振荡器的相干旋转。我们考虑了一个制备亮和暗谐振子指针态的方案。接下来，我们分析一个两态量子比特系统的旋转。我们计算了由于单通量量子脉冲的定时抖动和由于量子比特的弱非谐性而引起的门误差。我们表明，超过99.9%的门的结晶度是可以实现的序列长度为20纳秒。
2014-08-02 quant-ph
Dynamically corrected gates in silicon singlet-triplet spin qubits
本研究针对硅基单态-三重态自旋量子比特的超精细噪声问题，首次在该体系实验实现动态校正门，将门错误率降低约3倍，恒等门和Hadamard门保真度均超0.99，同时发现实验装置存在意外脉冲畸变。
2024-12-11 quant-ph
In-situ characterization of qubit drive-phase distortions
本文提出一种利用量子比特作为探针原位检测并补偿控制信号中幅度相关相位失真的方法，在微波驱动囚禁离子量子比特上实现，使单量子比特门误差改善三倍，达到每Clifford门 $1.6(4)\ imes 10^{-6}$ 误差的最先进性能。
2024-08-22 quant-ph
Practical quantum teleportation with finite-energy codebooks
Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；School of Natural Sciences, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学自然科学院）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文研究了有限能量码本在微波领域量子 teleportation 中的应用，分析了反馈损耗和噪声对保真度的影响，并提出了修改后的无克隆阈值及安全性分析。
2025-12-29 quant-ph
All-Microwave Multiqubit Gates
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Shenzhen International Quantum Academy（深圳国际量子学院）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
提出全微波方案实现单步多量子比特门，利用交叉共振驱动增强相互作用，无需可调耦合器，实现高保真度（>99.9%）三量子比特门，并验证五量子比特可扩展性，为降低稳定子操作电路深度提供硬件高效策略。
2026-10-02 quant-ph
Coupling a single electron spin to a microwave resonator: Controlling transverse and longitudinal couplings
微波频率超导谐振器非常适合执行色散量子比特读出，调解两个量子比特门，并在遥远的量子系统之间穿梭状态。这些应用的先决条件是强量子位-谐振器耦合。电子自旋量子比特和微波谐振器之间的强耦合可以通过关联自旋和轨道自由度来实现。这种关联可以通过双量子点中的单个电子与附近纳米磁体产生的空间不均匀磁场的塞曼耦合来实现。在本文中，我们考虑这样的设备和估计自旋共振器耦合的顺序~ 1 MHz的现实参数。此外，通过现实的模拟，我们表明，相对于纳米磁体的双点的精确位置允许在纯纵向耦合（与裸自旋哈密顿量交换）和纯横向（自旋非守恒）耦合之间进行选择。此外，我们建议的方法，以减轻在此耦合方案中引入的失相和弛豫通道。这一分析为实现微波谐振腔与GaAs双量子点中自旋单电子之间的相干态转移提供了一条清晰的途径，其保真度可达90%以上。改进的动态去耦序列、低噪声环境和更长寿命的微波腔模式可能会在不久的将来导致更高的结晶度。
2016-10-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental quantum teleportation of propagating microwaves
量子通信的现代领域蓬勃发展的承诺，提供有效和无条件安全的方式来交换信息，利用量子物理定律。这里，量子隐形传态作为允许使用量子纠缠和经典通信作为资源的未知量子态的无实体和安全传输的示例性协议而脱颖而出。与通信场景相关的量子隐形传态的实验可行性已经在各种物理环境中得到了证明。然而，到目前为止，在微波域中的量子隐形传态的类似实现还没有。与此同时，最近在超导电路量子计算方面的突破引发了对在微波频率下操作的空间分离的超导处理器之间的量子通信的需求。在这里，我们展示了一个确定性的量子隐形传态的相干微波态的实现，利用双模压缩和模拟前馈在宏观距离$d = 42\,$ cm。我们实现了量子隐形传态$F = 0.689 \pm 0.004$，超过了平均光子数为$n_\mathrm{d} = 1.1$的相干态的无克隆$F_\mathrm{nc} = 2/3$阈值。我们的研究结果提供了一个关键成分的基于传送的量子门的模块化量子计算与超导电路，并建立了坚实的基础，为未来的微波量子局域网。
2021-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Teleportation of the one-qubit state in decoherence environments
研究了单量子比特态的标准量子隐形传态，其中信道受退相干影响，信道态的演化由Lindblad形式的主方程控制.详细的计算表明，量子隐形传态的质量取决于纠缠度和信道态的纯度，只有两者的最佳匹配才能保证标准量子隐形传态的最高保真度.结果还表明，对于不同速率的输出态，退相干会导致Bloch球在不同方向上发生畸变，这意味着不同的输入态将以不同的量子效率被传送.
2011-11-25 quant-ph
Simple framework for systematic high-fidelity gate operations
半导体自旋量子比特展示了单量子比特门，其在单量子比特子空间中的基准达到$99.9\%$。然而，层析表征揭示了在较大空间中不可忽略的串扰误差。此外，长期以来人们认为双量子位门的性能受到电荷噪声的限制，电荷噪声通过交换相互作用耦合到量子位。在这里，我们表明，相干误差源，如有限的带宽的控制信号，非绝热误差，微波串扰，和非线性传递函数可以同样限制保真度。我们报告了一个简单的理论框架，脉冲优化，涉及错误的动态频谱集中的问题，并允许重用现有的信号整形方法在一个更大的一组门操作。我们将此框架应用于自旋量子位的公共门操作，并表明简单的脉冲整形技术可以显着提高这些门操作的性能，在这种相干误差源的存在下。本文所提出的方法已被用于参考文献[1]中使用$F>99.5\%$的两量子位门的量子效率的演示。[Xue等人，Nature 601，343]。我们还发现，单量子位和双量子位门可以使用相同的脉冲形状进行优化。我们使用解析推导和数值模拟，以达到预测的门的结晶度大于$99.9\%$与持续时间小于$4/(Δf)$，其中$Δf$是量子比特频率的差异。
2022-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Continuous microwave photon counting by semiconductor-superconductor hybrids
提出基于超导腔耦合半导体量子点的连续微波光子计数器，利用光子辅助隧穿独立检测单光子或多光子吸收事件，验证了P(E)理论与Jaynes-Cummings输入-输出理论的一致性。
2024-01-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Resonator-mediated quantum gate between distant charge qubits
本研究理论证明微波谐振器光子可在色散区间介导两个远距离电荷量子比特间的 iSWAP 与 √iSWAP 门，并分析噪声对保真度的影响。
2024-10-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Versatile laser-free trapped-ion entangling gates
我们提出了一个一般理论的激光自由纠缠门与捕获离子超精细量子比特，使用静态或振荡磁场梯度结合一对均匀的微波场对称失谐的量子比特频率。通过转换成一个“双色”的相互作用图片，我们表明，无论是${\hatσ_ϕ\otimes\hatσ_ϕ}$或${\hatσ_{z}\otimes\hatσ_{z}}$几何相位门可以执行。通过选择微波失谐量来确定门基。可以调谐驱动参数以提供与量子比特频率波动的内在动力学解耦。${\hatσ_{z}\otimes\hatσ_{z}}$门可以以一种新的方式实现，这减轻了实验的限制。我们提出了数值模拟的门几何形状假设现实的参数。
2019-01-29 physics.atom-ph quant-ph
Robustness of error-suppressing entangling gates in cavity-coupled transmon qubits
超导transmon量子位由于其长的相干时间和其可扩展到更大的量子位网络而构成用于量子信息处理的最有前途的平台之一。然而，它们的弱非谐谱导致多量子比特系统中的谱拥挤，这使得在避免泄漏错误的同时实现快速、高保真的门变得具有挑战性。为了应对这一挑战，我们使用了一种称为SWIPHT的协议[Phys. Rev. B 91，161405（R）（2015）]，该协议产生平滑、简单的微波脉冲，旨在通过频谱选择性抑制泄漏，而不牺牲门速度。在这里，我们确定SWIPHT是有效的参数制度，并证明在这些制度中，它系统地产生两个量子比特的门的量子数为腔耦合transmons在99.6%-99.9%的范围内，门时间快至23 ns。我们的研究结果是从完整的数值模拟，包括当前的实验水平的放松和退相。这些高结晶度持续在广泛的系统参数，包括许多目前的实验设置，是不敏感的小参数变化和脉冲缺陷。
2017-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
