Entangling Superconducting Qubits via Energy-Selective Local Reservoirs
Purdue University（普渡大学）
本文通过参数驱动耦合实现超导量子比特的可编程局部热库，实现高保真度纠缠单激发态稳定，展示了可扩展的耗散制备与控制方法。
2026-08-13 quant-ph
Swapping and entangling qubits of single photons and atoms
提出了一种实现光子和原子量子比特高保真交换和纠缠的方案。该机制是基于单光子从$Λ$型三能级原子的散射。通过将量子态投影到“亮”态和“暗”态上，分析了耦合系统的演化。这两种状态的量子干涉由频率相关的相位角决定，可以用来执行各种双量子比特变换。值得注意的是，在强耦合腔QED区域，这种变换的成功概率可以接近1。
2003-11-23 quant-ph
Generation of two-mode field squeezing through selective dynamics in cavity QED
提出了一种在腔QED中制备双模光场压缩态的方案。它是基于两个经典场和两个高Q谐振腔模式对到达时间随机的三能级原子束的双通道拉曼激发。结果表明，通过适当地选择光场的强度和失谐量，可以使动力学过程具有选择性，并在稳态时产生腔模间的双模压缩。该方案不需要准备原子和腔模的初态，对原子自发衰变具有鲁棒性。
2007-10-24 quant-ph
Selective transfer of superposition of coherent states by exploiting a cavity QED system
本文提出了一个基于N+2全同单模耦合腔QED系统的方案，用于选择性传输由标准相干态叠加构成的量子比特。这些腔以这样的方式布置，使得中间腔或通道腔均匀地连接到发送器腔和N个接收器腔。我们考虑了N个不同的三进制相同的量子点集，其量子点已分别分布在发送器，通道和接收器腔之一。我们证明了一种情况下，系统的动力学是有选择地限制在一个子部门属于一个三元组的量子点。这种选择性的动力学能够可靠地将相干态构造量子比特（CSCQ）从发送方传输到期望的接收方。此外，我们说明，该计划是最佳的鲁棒性，由于耗散产生的光子损失的腔。
2014-05-15 quant-ph
Efficient construction of three- and four-qubit quantum gates by global entangling gates
我们提出了改进的电路的控制-控制-相位（Toffoli）门和控制-交换（Fredkin）门，分别使用三个和四个全局两量子位门。与传统电路相比，这几乎是两倍的速度，传统电路需要五个（对于Toffoli）和七个（对于Fredkin）条件双量子位门。我们采用相同的方法，通过七个全局两量子比特门来构造条件四量子比特相位门。我们还提出了建设的Toffoli和Fredkin门与五个最近邻的相互作用。我们的构造不采用辅助量子位或辅助内部状态，并且特别适合于离子量子位和电路QED系统，其中纠缠操作可以通过全局寻址来实现。
2015-03-09 quant-ph
Error-detectable bosonic entangling gates with a noisy ancilla
玻色子量子纠错已被证明是扩展量子存储器相干性的成功方法，但要执行深量子线路，需要在编码量子位之间使用高保真度门。为此，我们提出了一个家庭的错误可检测的两个量子比特门的各种玻色子编码。从一个新的几何框架的基础上的“布洛赫球”的玻色子算子，我们构造了$ZZ_L(θ)$和$\text{eSWAP}(θ)$门的二项式，四腿猫，双轨和其他几个玻色子码。门哈密尔顿算子易于工程设计，仅需要两个玻色子量子位之间的可编程分束器和分散耦合到一个量子位的辅助装置。该哈密顿量可以在带有辅助传输子和微波腔的电路QED硬件中实现。所提出的理论框架是为电路QED开发的，但可以推广到任何可以有效地生成该哈密顿量的平台。至关重要的是，人们还可以在门期间检测辅助量子位和玻色子量子位中的一阶错误。我们表明，这允许一个达到错误检测门的精度在$10^{-4}$水平与今天的硬件，仅限于二阶硬件错误。
2022-12-21 quant-ph
Long-Range Entangling Operations via Josephson Junction Metasurfaces
本文提出利用时空调制的约瑟夫森结超表面作为可重构耦合介质，实现远距离超导量子比特间的两比特纠缠操作，模拟显示在厘米级距离上保真度超过98%。
2025-06-17 quant-ph
Entangling identical bosons in optical tweezers via exchange interaction
我们首先设计了一个方案，通过光镊捕获的原子量子比特对之间的受控碰撞来实现通用纠缠门。其次，我们提出了一个修改方案，允许通过选择性激发原子贝尔对的准备，适合于不需要通用性的量子信息处理应用。这两个计划是由相同的复合粒子的固有对称性，最初提出的Hayes等人。我们的计划提供了一种技术，用于产生加权图状态，纠缠资源的量子通信，和一个有前途的方法来执行一个“无漏洞”贝尔测试在一个实验室。
2007-12-15 quant-ph
Entangling Bosonic Modes via an Engineered Exchange Interaction
在任何平台上实现鲁棒的通用量子计算最终都需要量子信息的相干存储和单个元素之间的（至少）一次纠缠操作。使用连续变量玻色子模作为量子元件是一种很有前途的途径，以保持量子信息的相干性，对自然发生的错误。然而，玻色子模式之间的操作可能具有挑战性。类似于离散变量自旋系统之间的交换相互作用，指数SWAP幺正[ $\mathbf{U}_{\mathrm{E}}\left(θ_c\right)$ ]可以在两个玻色子模式之间相干地转移状态，而不管选择的编码，实现了特定$θ_c$的确定性纠缠操作。在这里，我们开发了一个有效的电路来实现$\mathbf{U}_{\mathrm{E}}\left(θ_c\right)$，并实现在三维电路QED架构的操作。我们证明了高质量的确定性纠缠两个腔模式与几种不同的编码。我们的结果提供了一个至关重要的原始必要的普适量子计算使用玻色子模式。
2018-06-19 quant-ph
Analytical approach to swift nonleaky entangling gates in superconducting qubits
我们开发的方案设计的脉冲，实现快速和精确的纠缠量子门在超导量子比特系统，尽管存在附近的有害过渡。我们的方法是基于故意涉及最近的有害跃迁的量子evolution，而不是试图避免it.Using分析工具，我们设计了简单的微波控制场，实现最大的纠缠门，在低至40 ns的时间超过99%的量子效率。我们通过设计两个最重要的量子纠缠门：条件非门和条件Z门，在两量子比特电路QED系统中展示了我们的方法。我们的研究结果是克服光谱拥挤问题的重要一步，这是控制多量子比特系统的主要挑战之一。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral Quantum-Optical Elements for Waveguide-QED with Sub-wavelength Rydberg-Atom Arrays
本文提出利用里德伯阻塞机制下的亚波长原子阵列作为手性量子光学元件，通过干涉装置实现近完美单向光-物质耦合，用于确定性生成单光子和高保真度双光子纠缠操作。
2024-07-01 quant-ph
Programmable all-to-all entangling gates for cavity-coupled atoms
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham（伯明翰大学物理与天文学院）
本文设计了一种耦合到光子腔的中性原子间的高保真Mølmer Sørensen型纠缠门，可实现可编程全对全连接，消除原子物理移动需求，抑制运动误差，实验参数下保真度超0.99。
2026-10-16 quant-ph
Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics
我们研究了一个由空间分离的共振交换量子比特组成的混合量子系统，定义在三电子半导体三重量子点中，通过超导传输线谐振器耦合。借鉴电路量子电动力学和Hartmann-Hahn双共振技术的方法，我们分析了在色散和共振相互作用机制中实现共振介导的双量子比特纠缠门的三种具体方法。我们计算了纠缠门的量子数以及通过声子的弛豫率，在硅三重点中的共振交换量子位，并表明这样的实现是特别适合于实现强耦合制度。我们的方法结合了硅中编码自旋量子比特的良好相干特性和电路QED系统提供的快速而强大的长程纠缠。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum phase gate with a selective interaction
我们提出了一个利用选择性相互作用实现量子相位门的方案。我们分析了在两个特定的系统中实现这些门的选择性和可能性，即囚禁离子和腔QED。
2001-02-09 quant-ph
Variational waveguide QED simulators
本文提出利用波导QED模拟器的可调范围发射器相互作用构造变分拟设，以更少门和参数精确求解XXZ与Ising量子临界自旋模型基态，并展示了其在噪声下的优势。
2023-02-03 quant-ph
Entangling two defects via a surrounding crystal
我们从理论上证明了晶体结构中的两个杂质缺陷是如何通过与晶体的耦合而纠缠的。我们证明了这与一个谐波链中的两个不同种类的离子被嵌入的被困离子。纠缠被发现足够冷的链，并为某一类别的初始，可分离的状态的缺陷。它是由包含缺陷和插入离子的局域模之间的相互作用引起的，它与链的大小无关，并且随着杂质之间的距离而缓慢衰减。这些动力学可以在表现出空间有序性的系统中观察到，可行的实现是光晶格、光机系统或电路QED中的腔阵列。
2012-12-06 cond-mat.other quant-ph
Double-sided coaxial circuit QED with out-of-plane wiring
超导电路是量子计算发展的有力候选平台。为了推进到实际有用的水平，需要将许多量子位的阵列与选择性量子位控制和读出相结合的架构，而不损害相干性。在这里，我们提出了一种同轴电路QED架构，其中量子比特和谐振器制造在单个芯片的相对侧上，并且控制和读出布线由垂直于芯片平面的同轴布线提供。我们提出了表征测量的制造设备与模拟参数吻合良好，并证明能量弛豫和退相时间的$T_1 = 4.1\,μ$和$T_2 = 5.7\,μ$的。该架构允许扩展到选择性控制和测量的量子位的大阵列，其优点是所有布线都在平面外。
2017-06-01 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
A gated quantum dot far in the strong-coupling regime of cavity-QED at optical frequencies
腔量子电动力学（cQED）的强耦合机制代表了光与物质在全量子水平上的相互作用。加入一个光子会改变共振频率，这是一种深刻的非线性。cQED是量子光学的实验平台，是光子-光子和原子-原子纠缠门的基础。在微波频率，cQED的成功产生了变革性的影响。在光频下，门可能要快得多，光子可以长距离传播并容易被检测到，这是量子网络的理想特征。在单原子的开创性工作之后，固态实现对于开发实用的量子技术非常重要。在这里，我们将半导体量子点嵌入微腔中。微腔具有接近$10^{6}$的$\mathcal{Q}$因子，并且包含具有接近变换极限光学线宽的电荷可调谐量子点。激子-光子耦合速率$g$大大超过光子衰减速率$κ$和激子衰减速率$γ$（$g/γ=14$，$g/κ=5.3$）;协同性为$C=2g^{2}/(γκ)=150$，$β$因子为99.7%。我们观察到明显的真空拉比振荡的时域，光子封锁在单光子共振，和高度聚束光子统计在双光子共振。我们使用光子统计的变化作为灵敏的光谱探测的Jaynes-Cummings阶梯的第一和第二梯级之间的过渡。尽管固态环境的复杂性，所有的实验都可以用Jaynes-Cummings模型定量描述。我们提出这个系统作为一个平台，以发展光学cQED的量子技术，例如光子-光子纠缠门。
2018-12-20 quant-ph
Experimental demonstration of a resonator-induced phase gate in a multi-qubit circuit QED system
共振诱导相位（RIP）门是一种多量子比特纠缠门，允许量子比特频率的高度灵活性，使其对大规模架构中的量子操作具有吸引力。我们在实验上实现了RIP门与四个超导量子比特在三维（3D）电路量子电动力学架构，展示高保真控制Z（CZ）门之间的所有可能的量子比特对从两个不同的4量子比特设备在对子空间。这些量子位被安排在宽范围的频率失谐内，高达1.8 GHz。我们进一步展示了一个动态的多量子比特重聚焦方案，以隔离出2-量子比特的相互作用，并将它们组合起来生成一个四量子比特的Greenberger-Horne-Zeilinger态。
2016-06-02 quant-ph
Unambiguous discrimination of nonorthogonal quantum states in cavity QED
我们提出了一个过于简化的方案，明确区分高Q腔中的非正交量子场态。我们的方案基于正算符值测量（POVM）技术，利用单个三能级原子与单模腔场的共振相互作用和选择性原子态探测器。当单个三能级原子起辅助作用时，单腔模场代表我们要获取信息的系统。我们的建议的效率进行了分析，考虑到目前的成就，在腔QED的背景下。
2017-04-11 quant-ph
Entangling superconducting qubits in a multi-cavity system
腔量子电动力学的重要任务是产生和控制分布在不同腔中的空间分离粒子的量子态。在这方面，一个有趣的问题是如何制备位于不同腔中的粒子之间的纠缠，这对于大规模量子信息处理是重要的。在这里，我们考虑一个多腔系统，其中腔耦合到一个超导（SC）量子比特，每个腔主机许多SC量子比特。我们发现，所有的腔内SC量子比特加上耦合器SC量子比特可以在纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态制备，通过使用一个单一的操作，而不需要测量。在不激发腔模的情况下产生GHZ态，从而大大抑制了由腔-光子衰减引起的退相干和不需要的腔间串扰对操作的影响。我们还介绍了两种简单的方法来纠缠腔内SC量子比特在GHZ态。作为一个例子，我们的数值模拟表明，它是可行的，与当前的电路QED技术，制备高保真GHZ态，多达9个SC量子比特通过使用SC量子比特分布在两个腔。该提议原则上可以用于实现分布在多个腔中的{ \it任意数量}的SC量子比特的GHZ状态。该提议是相当普遍的，可以应用于广泛的物理系统，腔内量子位是原子、NV中心、量子点或各种SC量子位。
2016-02-24 quant-ph
Crosstalk Insensitive Trapped-Ion Entanglement through Coupling Matrix Engineering
Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland（马里兰大学量子信息与计算联合中心）；Department of Physics, University of Maryland（马里兰大学物理系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Washington（华盛顿大学电气与计算机工程系）
本文提出通过工程化耦合矩阵设计抗串扰的囚离子纠缠操作，通过控制离子链的运动模式几何相位，排除受串扰影响的邻近离子，无需额外门操作或光学装置修改。
2026-02-17 quant-ph
Entangling two Dicke states in a periodic modulated quantum system
提出在周期调制量子系统中通过有效哈密顿量动力学实现两个Dicke态的可控纠缠，并利用高斯软调制和频率调制提高保真度，生成纠缠磁子态及NOON态。
2023-12-25 quant-ph
A proposal to implement a quantum delayed choice experiment assisted by a cavity QED
我们提出了一个在现有技术条件下可行的方案，在腔QED领域实现量子延迟选择实验。我们的方案采用了两能级原子与高Q腔中单模的开、关共振相互作用。在协议结束时，腔的状态返回到其基态，允许新的顺序操作。粒子和波的行为，这是在一个单一的实验装置验证，后选择后的原子状态被选择性地检测。
2013-03-19 quant-ph
CNOT and Bell-state analysis in the weak-coupling cavity QED regime
我们提出了一个光子自旋和电子自旋之间的界面，该界面被限制在嵌入微腔的量子点中，微腔工作在弱耦合状态。这种基于自旋选择性光子反射的界面可用于构造CNOT门、多光子纠缠器和光子贝尔态分析器。最后，我们分析了实验的可行性，得出结论，该方案可以实现与当前的技术。
2010-04-08 quant-ph
An exchange-assisted entangling gate between 87Rb and 171Yb Rydberg atoms
QudeLeap Research（量子跃迁研究）；The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)（香港科技大学（广州））
本文提出利用零电场下的Förster共振实现87Rb-171Yb双物种原子间的交换辅助受控-Z门，达到99.91%的固有保真度，为混合量子处理器提供关键工具。
2026-09-11 quant-ph
Parametrically Activated Entangling Gates Using Transmon Qubits
我们描述并实现了一个家庭的纠缠门激活的射频通量调制施加到一个可调transmon是静态耦合到相邻transmon。这种调制的效果是直接在两个transmon系统的能级之间进行光子的共振交换，消除了对介导量子位或谐振器模式的需要，并允许在可扩展架构中充分利用所有量子位。谐振条件在调制的频率和幅度上都是有选择性的，因此消除了频率拥挤。我们演示了使用三个这样的共振产生纠缠门，使通用量子计算：一个iSWAP门和两个不同的控制Z门。我们报告了交错随机基准测试结果，表明iSWAP（持续时间135 ns）的门错误率为6%，受控Z门（持续时间175 ns和270 ns）的门错误率为9%，主要受量子位相干性的限制。
2017-12-08 quant-ph
Simple protocol for generating W states in resonator-based quantum computing architectures
我们描述了一个简单，实用的方案，用于产生多量子位W态的谐振器为基础的架构，其中N约瑟夫森相位量子位电容耦合到一个共同的谐振器总线。整个控制序列由三个脉冲组成：激发电路中单个量子位的局部拉比脉冲;将量子位激发传输到谐振器总线的耦合脉冲;以及同时将总线耦合到所有N个量子位的主要纠缠操作。如果量子比特-谐振器耦合强度g远小于量子比特能量分裂，则最初被激发到近简并单激发子空间中的系统保持在该子空间内，同时平滑地朝着完全均匀的W态叠加发展。发现最终纠缠操作的持续时间根据t = pi/[2gN^（1/2）]随着量子比特总数的增加而减少，这与之前提出的一些腔QED W态生成方案一致。
2012-03-25 quant-ph
Tunable photon-mediated interactions between spin-1 systems
在腔QED或量子纳米光子设置中的量子光发射器之间的虚光子的交换引起它们之间的相互作用，这可以用于量子信息和模拟目的。到目前为止，这些相互作用主要是针对两能级发射体的，这限制了它们在量子比特之间的量子门工程或模拟自旋1/2量子多体模型中的应用。在这里，我们展示了如何利用多层次发射器与几个光学转换工程师的有效自旋1系统之间的光子介导的相互作用的广泛类别。我们通过分析和数值技术来表征它们的性能，并提供基于碱原子的原子级结构的具体实现。我们的结果扩展了量子模拟工具箱，可在这样的腔QED和量子纳米光子设置，并开辟了新的方式工程量子纠缠门之间。
2022-06-03 quant-ph
Optimal Connectivity from Idle Qubit residual coupling Cross-Talks in a Cavity Mediated Entangling Gate
本文研究腔介导纠缠门中空闲量子比特残余耦合串扰对门保真度的影响，证明串扰误差按 $nm^2$ 缩放并限制全对全连接性，预测最大量子比特数按 $n \propto E_\mathrm{thr}/m^2$ 缩放。
2025-03-10 quant-ph
Parallel selective nuclear spin addressing for fast high-fidelity quantum gates
由于它们的长相干时间，核自旋作为物理量子比特获得了相当大的关注。不同共振频率的核自旋之间的双量子比特门可以由电子自旋介导，通常采用一系列电子-核门。在这里，我们提出了一种不同的方法，灵感来自，但不限于，在钻石中的NV中心，并讨论可能的应用。为此，我们概括了外部电子自旋控制序列的核自旋初始化和超极化，以实现不同的核自旋通过电子自旋的同时控制。这种方法导致有效的纠缠门，与标准技术相比，当门时间受到与其他自旋的非共振耦合的限制时，门时间减少了50%以上，当门时间受到小的电子-核耦合的限制时，门时间减少了22%。
2021-01-25 quant-ph
A trapped ion quantum computer with robust entangling gates and quantum coherent feedback
量子计算机有望在解决一系列计算问题时实现比经典计算机显著的加速。线性保罗阱中的离子链是构建这种量子计算机的一个有前途的平台，因为它们的相干时间长，控制质量高。在这里，我们报告了一个小型的，五量子比特，通用量子计算机的建设使用$^{88}\text{Sr}^{+}$离子在RF陷阱。所有的基本操作，包括初始化，量子逻辑操作和读出，都是高保真的。使用窄线宽激光器实现的选择性双量子位和单量子位门包括通用门集合，允许在量子寄存器上实现任何幺正。我们回顾了主要的实验工具，并详细描述了计算机的独特之处：使用强大的纠缠门和通过EMCCD相机采集的量子相干反馈系统的发展。后者是必要的，在未来的实验中进行量子纠错协议。
2021-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Floquet-engineered fast SNAP gates in weakly coupled circuit-QED systems
针对弱耦合高相干超导腔中SNAP门速度受色散频移限制的问题，提出通过边带相互作用放大型色散耦合结合Floquet系统最优控制的快速高保真SNAP门协议，并用微扰理论与模拟验证，拓展了最优控制的应用范围。
2025-10-01 quant-ph
High-fidelity entangling gates and nonlocal circuits with neutral atoms
Harvard University（哈佛大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；QuEra Computing Inc.（QuEra计算公司）
该研究通过中性原子量子处理器实现了高保真的CZ纠缠门，利用状态选择性读取和量子比特重用技术，提高了保真度并展示了低误差量子电路在非本地纠缠态研究中的应用。
2026-04-28 physics.atom-ph quant-ph
Tunable ultrahigh reflection with broadband via collective atom-atom interaction in waveguide-QED system
School of Physics, Sun Yat-sen University（中山大学物理学院）
本研究在一维波导-QED系统中利用集体原子相互作用构建光子带隙实现宽带完全反射，提出拓展超高反射窗口的策略，且窗口参数可通过外场动态调节，为相关量子光学器件提供新途径。
2024-12-12 quant-ph
Entangling two Rydberg Superatoms via Heralded Storage
本研究利用里德堡超原子实现了光子的预告存储，并基于此成功纠缠了两个远程超原子，该方法无需中间节点，为量子网络和线性光学量子计算开辟了新途径。
2025-04-07 physics.optics quant-ph
Quantum trajectory equation for multiple qubits in circuit QED: Generating entanglement by measurement
本文推导了在大谐振腔衰减极限下，单个谐振腔中多个量子比特的有效主方程和量子轨道方程。我们表明，零差测量的谐振腔传输是一个弱的集体量子比特反转的测量。作为这一结果的一个例子，我们专注于两个量子比特的情况下，并显示如何使用这种测量从一个初始可分离的状态产生纠缠态。这是实现不依赖于纠缠哈密顿。我们表明，对于{ \em current}实验值的退相干和测量率，这种方法可以用来产生高度纠缠态。该方案利用了一个贝尔态在Purcell衰变下是无消相干的这一事实。
2008-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum information processing in modular cavity QED architectures
本论文围绕腔QED量子信息处理，研究量子比特噪声谱学、量子比特-路径纠缠及其在相位传感和远距离纠缠中的应用，并提出基于光子损失鲁棒性的稳定子测量与远距离纠缠门协议，为模块化量子计算架构奠定基础。
2025-05-07 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
Scalable entangling gates on ion qubits via structured light addressing
本研究提出一种利用可操控厄米-高斯光束阵列的囚禁离子处理器，通过横向梯度耦合稀疏轴向模式，实现无需复杂脉冲整形的可寻址两量子比特纠缠门，在六离子链中保真度约0.97，降低了控制开销并保持可扩展性。
2025-06-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Shaping frequency-tunable single photons for quantum networking in waveguide QED
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
本文提出通过控制单光子频率实现量子节点间信息交换，解决不同频率限制问题，提供理论框架和实验实现方案，展示频率选择性量子态传输和远程纠缠生成。
2026-09-04 quant-ph
Scalable quantum computing model in the circuit-QED lattice with circulator function
我们提出了一个可扩展的量子计算的电路量子电动力学（QED）架构的模型。在量子比特的Kagome晶格中，三个量子比特通过晶格顶点处的超导三结通量量子比特彼此连接。通过控制介入通量量子位的三个约瑟夫森结能量之一，我们可以实现耦合三个量子位中任意两个量子位对的环行器功能。这种选择性耦合使得能够在Kagome晶格中的两个最近邻量子位之间进行相互作用，并且通过执行连续的最近邻双量子位门，进一步实现整个晶格中的任何一对量子位之间的双量子位门操作。
2017-06-19 cond-mat.supr-con quant-ph
A modular entanglement-based quantum computer architecture
本研究提出一种基于多体纠缠的模块化量子计算架构，通过模块内纠缠量子比特调控不可控的距离相关相互作用，共享不同拓扑的多体纠缠态，可按需执行多种模块间量子门与电路，实现更高效灵活的模块耦合与可扩展量子计算。
2024-12-13 quant-ph
Demonstration of Universal Parametric Entangling Gates on a Multi-Qubit Lattice
我们表明，参数耦合技术可以用来产生多量子位处理器的选择性纠缠相互作用。通过在频率调制下诱导相邻量子比特之间的相干布居数交换，我们实现了一个四个超导量子比特线性阵列的通用门集。利用量子过程层析成像技术对三个双量子比特门的平均过程保真度进行了估计，得到了$\mathcal{F}=93\%$。我们通过准备一个四量子比特的最大纠缠态，并将估计的状态保真度与各个纠缠门的预期性能进行比较，来确定这些技术对计算的适用性。此外，我们在所有可能的位串排列中准备了一个八量子位寄存器，并监控一对这些量子位上的两量子位门的保真度。在所有这样的排列中，观察到$\mathcal{F}=91.6\pm2.6\%$的平均保真度。因此，这些结果提供了一个可扩展的架构，具有高选择性和低串扰的路径。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Floquet Quasienergy-Resolved Dissipation, Dynamics, and Spectroscopy in Ultrastrong Cavity-QED
Queen’s University（女王大学）；RIKEN（理化学研究所）；The University of Michigan（密歇根大学）
针对超强耦合腔QED中的强周期驱动，提出非世俗Floquet广义主方程框架，揭示耗散由准能量而非未驱动共振决定，实现光谱预测与量子态调控。
2026-07-01 quant-ph
Non-destructive optical readout of a superconducting qubit
通过光纠缠超导量子处理器将使安全通信和分布式量子计算的新手段成为可能。然而，在这些不同的电磁波谱状态之间转换量子信号仍然是一个突出的目标，并且由于光子对超导体的有害影响，将超导量子比特与电光换能器连接起来提出了重大挑战。此外，许多远程纠缠协议在量子态的上转换之前和之后都需要多个量子比特门，因此理想的换能器应该保持量子比特的状态不变：更准确地说，来自换能器对量子比特的反作用应该是最小的。在这里，我们展示了非破坏性的光学读出的超导transmon量子比特通过连续操作的电光换能器。在这项工作中使用的换能器和电路QED系统的模块化性质，使量子位从光子的完全隔离，和量子位从换能器上的反作用是小于从环境中的热辐射所赋予的。换能器带宽和增加的噪声的适度改进将使我们能够利用电路QED中可用的全套工具来演示从超导量子比特到光域的非经典信号的转导。
2021-10-18 quant-ph
Long-range entanglement for spin qubits via quantum Hall edge modes
我们提出并分析了一个方案，用于执行一个长距离纠缠门的量子比特编码的电子自旋被困在半导体量子点。我们的耦合利用了单重态-三重态量子比特的状态依赖电荷配置与量子霍尔液滴的边缘模式之间的静电相互作用。我们表明，远距离的单重态-三重态量子比特可以选择性地耦合，门时间可以比量子比特退相时间短得多，并且由于耦合到边缘模式而比退相干快。根据最近的实验参数，我们认为，在原则上可以实现99%以上的双量子比特纠缠门只需20 ns。
2017-09-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fault-tolerance in qudit circuit design
多控制门的有效分解是量子编译中的一个重要因素，无论是在电路深度还是T门数量上。最近的工作表明，量子点有可能减少资源需求从线性对数深度，并避免分数相位旋转。在这里，我们认为，基于高指数状态的退相干的缩放，电路深度不是主要因素，并且纠缠门和交互网络拓扑结构的选择共同作用来确定电路中错误的传播和最终的故障率。我们进一步表明，对于某些线性深度的电路，额外的错误缓解是可能的，通过选择性应用的资源。
2022-02-14 quant-ph
Arbitrary-phase CZ gate and remote readout across spatially separated superconducting nodes
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Quantum Center, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院量子中心）
本研究在跨空间分离的超导节点间实现了任意相位CZ门，通过双向光子传输协议调谐条件相位，并实现了无需远程节点主动参与的远程单发读取，为分布式量子计算提供了基础操作。
2026-10-06 quant-ph
Protocols for inter-module two-qubit gates mediated by time-bin encoded photons
提出由 Fock 态或时间仓光子介导的模块间长程双量子比特门协议，并证明在非马尔可夫体制下损耗可预告且反作用近似消除。
2025-06-15 quant-ph
Spin entanglement using coherent light and cavity-QED
讨论了一种在高Q微腔中，通过探测与两个量子点发生色散相互作用并经历了自旋选择性三电子跃迁的法拉第旋转的强相干光，在两个相距较远的单电子掺杂量子点之间产生概率纠缠的方案.为了评估T. D. Ladd等人[New J.Phys.8，184（2006）]中描述的两个远距离量子点，需要理解由量子点自旋与材料的核自旋的超精细相互作用以及由不相同的量子点所施加的限制。通过在近似框架内解析计算贝尔态产生的保真度，证明了这种方法的可行性。的保真度进行了评估，为广泛的参数和不同的脉冲长度，产生信号和退相干之间的权衡，以及一组最佳的参数。研究了克服非全同量子点对保真度影响的策略，并讨论了核自旋所施加的时间尺度，表明利用远距离量子点可以有效地产生纠缠。在这种情况下，由于轻空穴过渡的影响变得重要，必须包括在内。该计划进行了讨论，以及为两侧腔，其中必须小心与反射光携带自旋信息。近似方法的有效性进行了检查一个更详细的半经典模拟，其中包括trion形成。
2008-04-08 quant-ph
Extended linear regime of cavity-QED enhanced optical circular birefringence induced by a charged quantum dot
如果输入场位于低功率极限中，则由光学微腔中的单个量子点自旋引起的巨光学法拉第旋转（GFR）和巨光学圆双折射（GCB）可以被视为弱激发近似中的线性效应[Hu等人，Phys. Rev. B { \bf 78}，085307（2008）和同上{ \bf 80}，205326（2009）]。在这项工作中，我们研究了从弱激发近似到饱和区的过渡，比较了半经典近似和量子光学工具箱[S.M. Tan，J. Opt. B { \bf 1}，424（1999）]。我们发现，强耦合区腔共振附近的GFR和GCB在中等功率下与输入场无关，可以用半经典近似很好地描述。强耦合区的修饰态共振和Purcell区的腔共振对中功率输入场敏感，由于量子点饱和，不能用半经典近似很好地描述。由于腔共振附近的GFR和GCB相对不受饱和效应的影响，因此可以利用相干态和其他统计起伏的光场实现单电子自旋的快速读出。这也表明，高速量子纠缠门，对输入功率变化的鲁棒性，可以建立利用这些线性效应。
2015-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Independent, extensible control of same-frequency superconducting qubits by selective broadcasting
实现大规模量子信息处理器的一个关键因素是能够经济地使用量子位控制硬件。我们展示了一种可扩展的策略，用于在具有表面代码兼容连接性的电路QED芯片中重用相同频率transmon量子比特上的控制硬件。矢量开关矩阵使得能够选择性地将输入脉冲广播到多个transmons，其中每个transmons具有单独定制的脉冲求积，以根据需要最小化泄漏对弱非谐波量子比特的影响。使用随机基准测试，我们比较了多个广播策略，每个都通过了单量子比特门的表面代码错误阈值。特别是，我们引入了一个选择性广播控制策略，使用五个脉冲原语，它允许独立的，同时Clifford门的任意数量的量子位。
2015-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
