Tomography of entangling two-qubit logic operations in exchange-coupled donor electron spin qubits
本文在硅中弱交换耦合的磷施主电子自旋系统中演示了通用单、双量子比特门，通过门集层析成像量化操作保真度，并成功创建了保真度约93%的纠缠贝尔态，为扩展基于施主的量子计算机奠定了基础。
2025-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
A proposal for charge basis tomography of superconducting qubits
该研究提出一种结合约瑟夫森能量脉冲序列与投影式电荷基矢读出的通用协议以实现超导量子电路的电荷基矢层析成像，通过模拟验证其可重构 transmon 基态并检测模型哈密顿量偏差，为检测材料相互作用及拓扑相奠定基础。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum tomography of an entangled three-spin state in silicon
量子纠缠是相干量子态的基本性质，也是量子计算的重要资源。虽然两个量子比特的纠缠已经被证明是硅中的自旋，但由于控制多量子比特阵列的困难，例如设备无序，磁和电噪声以及严格的交换控制，多体纠缠的创建，实现量子纠错的第一步，仍然具有挑战性。在这里，我们展示了一个全功能的三量子位阵列在硅中的操作和三量子位Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）状态的产生。我们通过量子态层析术获得了88.0%的态保真度，这证明了一个真正的GHZ级的量子纠缠是不可分的。我们的结果显示了基于硅的量子位平台用于多量子位量子算法演示的潜力。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum tomography for solid state qubits
我们提出了一种用于一般类固态系统的量子比特态的层析重建的方法，其中哈密顿量由自旋算子表示，例如，具有海森堡型、$XXZ$型或XY型交换相互作用。我们分析了量子比特态上的投影算子测量或自旋测量的实现。所有自旋哈密顿量的量子比特态都可以用实验数据重建。
2004-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Experimental valley qubit state tomography and coherence induced uncertainty relations in monolayer WSe$_2$
微电子学作为一个新兴的电子学概念，以其独特的性质吸引着人们的研究兴趣，具有广阔的应用前景。通过光学产生具有类自旋量子数的谷极化局域电子自旋是在固体中实现量子信息处理的有希望的候选者。期望通过使用左和右圆偏振光的组合可以光学地实现单量子比特的制备。值得注意的是，在一系列实验中，这已经通过线性偏振激光器很好地实现了，该线性偏振激光器表示左圆形分量和右圆形分量的相等权重，导致谷激子形成为特定的伪自旋量子位，其对于上自旋和下自旋具有相等的振幅。本文报道了利用纵向磁场和光学斯塔克效应控制谷赝自旋的进一步研究。然而，一般的量子位制备尚未得到证明。此外，作为量子信息处理的平台，量子比特状态的精确读出是必要的，为此，状态层析成像是获得量子比特状态密度矩阵的所有信息的标准方法。
2017-04-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Local Geometric Phase and Quantum State Tomography in a Superconducting Qubit
我们研究了Aharonov-Bohm磁通穿过的超导量子比特的量子态重构，特别关注局部几何相位。介绍了一种状态重建方案，适当考虑了法拉第感应定律产生的局部几何相位。我们的方案是基于三个互补量的测量，即额外的电荷和两个本地电流。通过对时间反演对称性和法拉第定律的解释，我们证明了在规范的选择上，完全的密度矩阵可以被无歧义地重建。这个过程清楚地表明，量子法拉第效应在涉及Aharonov-Bohm通量的量子系统的动力学中起着至关重要的作用。
2013-03-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Randomized benchmarking and process tomography for gate errors in a solid-state qubit
我们提出了测量单量子比特的超导量子比特门误差。从量子过程断层扫描和随机基准的结果进行比较，从双π脉冲实验获得的门误差。随机基准测试揭示了1.1+/-0.3%的最小平均门误差和保真度对门数量的简单指数依赖。它表明，门保真度的限制主要是由量子比特退相干，与理论一致。
2008-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Optimization of a solid-state electron spin qubit using Gate Set Tomography
最先进的量子比特系统正在达到可扩展量子计算架构所需的门级。进一步提高量子门的保真度需要高效、可靠和极其准确的表征和基准测试协议。理想情况下，基准测试协议还应该提供有关如何纠正剩余错误的信息。门集断层扫描（GST）就是一种这样的协议，旨在提供构建量子位的详细表征。我们实现了一个高保真电子自旋量子比特上的GST限制在一个单一的$^{31}$ P原子在$^{28}$ Si。结果揭示了系统误差，一个随机基准分析可以测量，但不能识别，而GST表示需要改进的控制脉冲的长度校准。在引入此修改后，我们测量了新的基准平均栅极保真度$99.942(8)\%$，这是对以前的$99.90(2)\%$值的改进。此外，GST揭示了系统中高水平的非马尔可夫噪声，当量子比特用于容错量子计算方案时，需要理解和解决这一问题。
2016-06-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum process tomography of two-qubit controlled-Z and controlled-NOT gates using superconducting phase qubits
我们实验证明了量子过程层析成像的控制Z和控制非门使用电容耦合超导相位量子比特。这些门通过使用相位量子位的$|2\rangle$状态来实现。我们获得了0.70的控制相位和0.56的控制非门的过程保真度，保真度的损失主要是由于单量子位退相干。受控Z门还用于演示具有单函数查询的双量子位Deutsch-Jozsa算法。
2010-06-25 cond-mat.mes-hall
Bootstrap tomography of high-precision pulses for quantum control
量子比特的长时间动态解耦和量子控制需要高精度的控制脉冲。不完美脉冲的完整表征（量子层析成像）提出了一个自举问题：层析成像需要量子比特的初始状态，而量子比特的初始状态在没有不完美脉冲的情况下无法准备。我们提出了一个协议的脉冲误差分析，专门为广泛的单固态电子自旋。利用金刚石中的氮空位（NV）中心的单电子自旋，我们通过实验验证了该协议的正确性，并证明了其在量子控制任务中的实用性。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state tomography as a numerical optimization problem
我们提出了一个框架，制定寻求最有效的量子态层析成像方案作为一个优化问题，可以数值求解。这种方法可以应用于广泛的相关设置，包括限制到一个子系统的测量。为了说明这种方法的力量，我们提出的六维希尔伯特空间构成的量子比特qutrit系统，它可以实现，例如，由N-14核自旋-1和两个电子自旋状态的氮空位中心在金刚石。量子比特子系统的测量由秩为三的投影器表示，即，半维子空间上的投影仪。对于仅由量子比特组成的系统，分析表明，半维子空间上的一组投影仪可以以信息最优的方式排列用于量子态层析成像，从而形成所谓的相互无偏子空间。我们的方法超越了仅量子位系统，我们发现在六维中，这样一组相互无偏的子空间可以近似为与实际应用无关的偏差。
2020-12-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon
核自旋是最早被考虑用于量子信息处理的物理平台之一，因为它们具有特殊的量子相干性和原子尺度的足迹。然而，它们用于量子计算的全部潜力尚未实现，这是由于缺乏将可扩展设备内的核量子位与具有足够保真度的多量子位操作相结合以维持容错量子计算的方法。在这里，我们展示了通用的量子逻辑操作使用一对离子注入的31 P施主核在硅纳米电子器件。通过对共享自旋的电子施加一个几何相位，得到了一个核双量子比特控制Z门，并利用它制备了纠缠态的Bell态，量子效率达到94.2（2.7）%.量子操作使用门集层析成像（GST）精确表征，产生高达99.95（2）%的单量子位平均门保真度，99.37（11）%的双量子位平均门保真度和98.95（4）%的双量子位制备/测量保真度。这三个指标表明，硅中的核自旋正在接近容错量子处理器所需的性能。然后，我们通过产生具有92.5（1.0%）保真度的Greenberger-Horne-Zeilinger三量子比特态来证明两个核和共享电子之间的纠缠。由于半导体中的电子自旋量子比特可以进一步耦合到其他电子或物理穿梭于不同的位置，这些结果为使用施主核和电子自旋的可扩展量子信息处理建立了可行的路线。
2022-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state preparation, tomography, and entanglement of mechanical oscillators
精密设计的机械振荡器可以计时、过滤信号和感知运动，使其成为当今技术领域不可或缺的一部分。这些独特的能力促使机械设备通过与工程量子线路接口而进入量子领域。将微波频率的机械共振器与超导装置结合的提议，暗示了强大的量子声学处理器的可能性。同时，在几个力学系统中的实验已经证明了量子态的控制和读出，声子数分辨率，以及声子介导的量子比特-量子比特相互作用。目前，这些声学平台缺乏能够用单个量子比特控制多个机械振荡器的量子态的处理器，以及纠错所需的机械态的快速量子非破坏测量。在这里，我们使用一个超导量子比特来控制和读出一对纳米机械谐振器的量子态。我们的设备能够进行快速量子位力学交换操作，我们使用它来确定性地操纵机械状态。通过将量子比特同时置于两个机械谐振器的强色散区，我们通过拉姆齐测量确定了谐振器的声子数分布。最后，我们提出了量子层析成像的准备非经典和纠缠的机械状态。我们的结果代表了一个具体的步骤，以反馈为基础的操作的量子声学处理器。
2021-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-Qubit Gates for Resonant Exchange Qubits
一种新的方法来单量子比特操作使用交换相互作用的单电子在门定义的量子点最近被证明：共振交换量子比特。我们表明，两个量子位操作，特别是CPHASE门，可以非常直接地在谐振交换量子位之间进行，使用单个交换脉冲。这与用于交换量子位的最佳已知协议形成鲜明对比，其中这种门需要许多脉冲，使得可以克服由交换相互作用引起的泄漏过程。对于谐振交换量子位，简单的两量子位门是可能的，因为在这种操作模式下，能量守恒抑制了泄漏。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterisation of an exchange-based two-qubit gate for resonant exchange qubits
共振交换量子位是一个有前途的家庭除了实验实现的编码的单量子位使用半导体量子点。我们之前已经表明，用单个交换脉冲在两个共振交换量子位之间执行CPHASE门应该是简单的。这种方法使用能隙来抑制泄漏，而不是传统的脉冲序列。在本文中，我们提出的分析和模拟我们提出的两个量子比特门的电荷和Overhauser场噪声在目前的实验中观察到的水平。我们的主要结果是，我们期望实现我们的双量子位门，以实现高精度，在百分比水平的错误和门时间可比的单量子位操作。因此，交换耦合共振交换量子比特仍然是量子计算的有吸引力的方法。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state tomography across the exceptional point in a single dissipative qubit
由非保迹、非厄米特哈密顿算子描述的有增益和有损失的开放系统，是近年来研究的热点。异常点简并对经典系统动力学的影响已被观察到，通过显着的现象，如宇称-时间对称性破缺过渡，非对称模式切换，和最佳能量转移。另一方面，量子演化和退相干的例外点的后果迄今尚未探索。在此，我们利用后选择在具有可调拉比驱动、耗散和失谐的三能级超导传输子电路上对单个耗散量子比特在其例外点附近进行量子态层析。量子态层析成像揭示了零失谐时的PT对称性破缺跃迁、有限失谐时的退相干增强以及量子比特弛豫态中例外点的量子特征。我们的观察表明，丰富的现象与非厄米物理，如非正交的本征态在一个完全的量子制度和开放的路线，探索和利用特殊的点简并增强传感和量子信息处理。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Hybrid Exchange Measurement-Based Qubit Operations in Semiconductor Double Quantum Dot Qubits
基于测量的量子计算（MBQC）以物理量子比特的多项式增加为代价，承诺与量子纠错码的自然兼容性。MBQC提案主要集中在光子系统上，其中2量子比特门是困难的。另一方面，量子点中的半导体自旋量子比特通过交换相互作用提供快速的2量子比特门。在基于交换的量子计算中，与其他固态量子比特一样，泄漏到更高的状态是一个必须减轻的严重问题。在这里，提出了两种混合测量交换方案，其量化了MBQC对基于量子点的量子计算的益处。在单重态-三重态基础上测量双量子点编码的量子比特，以及量子比特间和量子比特内交换相互作用，用于执行一个和两个量子比特操作。这两种方案都抑制了单个量子位自旋态泄漏误差，提供了快速的门时间，并且只需要可控的交换耦合，直到已知的相位和泡利校正。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall 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
Robust Two-Qubit Gates for Exchange-Coupled Qubits
我们提出了复合脉冲序列，执行容错的两个量子比特门操作的交换只量子点自旋量子比特在各种实验相关的几何形状。我们展示了如何在仅交换系统中执行动态校正的双量子比特门，并取消了超精细误差项。这些脉冲序列被构造成符合严格非负耦合的现实实验约束。我们建立，我们提出的脉冲序列导致几个数量级的改善，在门保真度相比，他们的未校正的同行。结合单量子位动态校正门，我们的结果使抗噪声的通用量子操作与交换只量子位。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Three-qubit entangling gates with simultaneous exchange controls in spin qubit systems
本研究提出通过同时驱动多个自旋量子比特对的交换耦合，实现三量子比特纠缠门，以减少操作数量并提高量子电路效率。
2025-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge-noise-insensitive gate operations for always-on, exchange-only qubits
我们引入了一个永远在线的，只交换的量子位，由三个局部半导体自旋组成，为量子点能级的波动提供了一个真正的“甜蜜点”。单量子位和双量子位门操作都可以只使用交换脉冲来执行，同时保持这个最佳点。我们展示了如何将这个量子比特相互转换为其他三自旋编码的量子比特，作为量子计算和通信的新资源。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Phase Tomography of a Strongly Driven Qubit
量子比特中重复的朗道-齐纳跃迁之间的干扰通过避免的能级交叉扫描导致量子比特磁化中的Stueckelberg振荡。由此产生的振荡模式是量子比特、量子点和其他二能级系统中相干强驱动机制的标志。这些图案的二维傅立叶变换被发现在傅立叶空间中表现出一族一维曲线，与最近在超导量子比特中的观察结果一致。我们解释这些图像的量子位态的量子相位的时间演化，并表明它们可以用来探测量子位中的退相机制。
2008-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Singlet-only Always-on Gapless Exchange Qubits with Baseband Control
本研究提出SAGE自旋量子比特方案，将单比特编码于四电子自旋中，可抵御磁场梯度引发的相干误差与泄漏，在梯度噪声主导下相干性能提升一个数量级，且双比特门脉冲序列更简化。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum control and process tomography of a semiconductor quantum dot hybrid qubit
门控量子点和现代微电子学中的晶体管之间的相似性-在制造方法，物理结构和操作电压标度-导致了对半导体量子点中量子比特（qubit）的开发的极大兴趣。虽然量子点自旋量子比特已经表现出较长的相干时间，但它们的操作通常比未来重要应用（如因子分解）所需的要慢。此外，当量子位尽可能简单时，可扩展性和可制造性得到增强。先前的工作已经通过利用集成微磁体、核自旋的动态泵浦或添加第三个量子点来提高自旋量子比特旋转的速度。在这里，我们展示了一种新的量子位，它既简单-它不需要特殊的准备和生活在一个双量子点，没有增加复杂性-是非常快的：我们演示了完全控制的布洛赫球与$π$ -旋转时间小于100 ps在两个正交方向。我们报告全过程层析成像，提取高分辨率等于或大于85%的X-旋转和94%的Z-旋转。我们讨论了一条路径向前的量子纠错的阈值更好的qualities。
2014-01-17 cond-mat.mes-hall
Bell-state tomography in a silicon many-electron artificial molecule
一个纠错的量子处理器将需要数百万个量子比特，这突出了纳米级器件的优势，比如硅量子点。然而，对于每一个具有纳米尺度的器件，原子水平的无序对量子比特的均匀性是有害的。在这里，我们研究了两个自旋量子比特限制在硅双量子点人工分子。每个量子点具有坚固的壳结构，并且当在5或13个电子的占据下操作时，分别在其$p$ -或$d$ -轨道中具有单个自旋- $\frac{1}{2}$价电子。这些较高的电子占据屏蔽了原子级的无序。更大的多电子波函数还使得相邻量子位电子之间能够显著重叠，同时为间隙交换栅电极腾出空间。我们利用微磁体的磁场梯度实现了一个通用的量子门组，用于电驱动的单量子比特门，并通过脉冲交换耦合实现了一个门电压控制的点间势垒来实现两个量子比特门。我们使用这个门设置，以展示保真度90.3%的多电子量子比特之间的贝尔状态准备，证实了两个量子比特状态断层扫描使用自旋宇称测量。
2020-08-10 cond-mat.mes-hall
Tomography of near-field radiative heat exchange between mesoscopic bodies immersed in a thermal bath
本文基于涨落电动力学和离散偶极近似，对热浴中介观物体与基底的近场辐射热交换进行层析研究，揭示多体相互作用及功率分布与本征模的关联，为深亚波长热点靶向的形状优化提供新途径。
2024-03-15 cond-mat.mes-hall
Electron spin tomography through counting statistics: a quantum trajectory approach
我们研究了量子点中电子自旋量子比特的动力学。量子位状态的测量是通过点的电荷电流来实现的。动力学的量子轨道方法，广泛应用于量子光学的框架中描述，我们表明，它可以成功地应用于凝聚态物理的问题。利用主方程动力学方法模拟电流通过量子点的随机隧穿过程，然后利用量子轨道提取电流的计数统计。我们展示了如何结合电子自旋共振（ESR）场，计数统计可以用于量子比特状态的量子态层析成像。此外，它示出了如何退相干和弛豫时间尺度可以估计计数统计的帮助下，在时域中。最后，我们讨论了一种不需要自旋极化引线的量子比特态的Single Shot测量装置。
2004-08-18 cond-mat.mes-hall
Two-qubit gates for decoherence-free qubits using a ring exchange interaction
众所周知，可以在许多物理量子比特上编码逻辑量子比特，使得它不受集体退相干的影响，并且可以使用这些“无退相干”量子比特来执行通用量子计算。然而，目前提出的对这些编码量子位执行门的方法可能难以实现，或者可能需要太多时间来执行。在这里，我们调查是否利用环交换的相互作用，这可能是自然存在的，可以简化这些门的实现以任何方式。利用环交换相互作用，我们发现了一种方法，使用5个脉冲序列在4量子比特无消相干子空间和3量子比特无消相干子系统上创建受控Z门。这在简单性很重要或环交换相互作用突出的情况下可能很有用。我们还研究了定时误差和磁场波动如何影响这个门的保真度。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
