Interfacing GHz-bandwidth heralded single photons with a room-temperature Raman quantum memory
光子学是量子技术的一个有前途的平台。然而，光子源和双光子门目前仅概率地操作。因此，如果没有多路复用策略来主动选择成功的事件，大规模的光子处理将是不可能的。高时间带宽积量子存储器-按需存储和检索单光子的设备-通过主动同步提供了有效的补救措施。在这里，我们接口的GHz带宽预示着单光子源和室温拉曼存储器的时间带宽产品超过1000。我们存储预示的单光子，并观察到一个明确的影响，输入光子的统计上检索的光，这与我们的理论模型。存储字段的统计数据的保存是有限的四波混频噪声，我们确定为关键的剩余挑战，在可扩展的光子信息处理的实际存储器的发展。
2014-05-06 quant-ph
Long-lived non-classical correlations for scalable quantum repeaters at room temperature
具有按需读出的预示单光子源是实现长距离量子通信的量子中继器的有希望的候选者。这种系统的可扩展性需要简单的实验解决方案，因此有利于室温系统。对于量子中继器应用，预告和单光子读出之间的长延迟至关重要。到目前为止，在室温原子系统中，由于热运动引起的快速退相干已经防止了这一点。在这里，我们证明了有效的预示和读出的单一集体激发在温暖的铯蒸气。使用运动平均的原则，我们实现了集体激发寿命为$0.27\pm 0.04$毫秒，两个数量级大于以前实现的单激发在室温下的来源。我们通过观察用$R=1.4\pm 0.1>1$对Cauchy-Schwarz不等式的违反，实验验证了光-物质关联的非经典性。通过光谱和时间分析，我们确定固有的四波混频噪声的主要贡献，损害单光子操作的源。
2018-01-10 quant-ph
Spin Readout Techniques of the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
金刚石氮空位（NV）中心由于其光寻址能力和室温自旋相干性而成为量子信息科学的领先平台。然而，NV中心的自旋状态的测量通常需要在许多周期上求平均以克服噪声。在这里，我们回顾了几种提高读出性能的方法，并强调了未来的研究途径，可以在室温下实现单次电子自旋读出。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature control and electrical readout of individual nitrogen-vacancy nuclear spins
半导体中的核自旋是量子技术的主要候选者，包括量子计算，通信和传感。钻石中的核自旋由于其极长的相干寿命而特别有吸引力。在氮空位（NV）中心的情况下，这种核量子位受益于辅助电子量子位，这使得光子链路介导的纠缠成为可能。通过电子本身经由到相邻中心的受控转移或经由偶极相互作用来传输量子信息将使得能够实现甚至更快和更小的处理器，但是由于所需的子衍射站点间距离，这种节点的阵列的光学读出提出了艰巨的挑战。在这里，我们演示了这种系统的一个基本单元的电读出-一个单一的14 N核自旋耦合到NV electron. We的结果提供了量子门操作和核量子位寄存器的电读出的关键成分，在与纳米电极结构兼容的方式。因此，该演示是实现具有半导体可扩展性的大规模金刚石量子器件的里程碑。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room temperature coherent manipulation of single-spin qubits in silicon carbide with a high readout contrast
碳化硅（SiC）中的自旋缺陷随着成熟的晶圆级制造和微/纳米加工技术而引起了人们的广泛关注。虽然已经证明了SiC中色心的室温单自旋操纵，但是通常检测到的对比度小于2%，并且光子计数率也很低。在这里，我们提出了在环境条件下，具有高读出对比度（~ 30%）和高光子计数率（每秒150千计数）的4 H-SiC中的单双空位自旋的相干操纵，这与金刚石中的氮空位（NV）中心竞争。还观察到单个缺陷自旋与附近核自旋之间的耦合。通过对缺陷能级和衰减路径的分析，我们进一步从理论上解释了高读出对比度的原因。由于高读出对比度在量子技术的许多应用中至关重要，因此这项工作可能为具有许多先进性能的主体材料的SiC基量子器件开辟新的领域。
2021-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Multi-shot readout error benchmark of the nitrogen-vacancy center's electronic qubit
本研究计算了金刚石氮空位中心电子量子比特多重读取误差随参数的变化，提出以系数Δ作为误差基准，并分析背景光子、光子损失和初始化误差的影响，为硬件优化提供指导。
2025-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room temperature caesium quantum memory for quantum information applications
量子存储器是量子信息网络的关键部件。它们按需存储和检索信息的能力使重复直到成功的战略具有可扩展性。热碱金属蒸气是实现这种存储器的有趣候选者，这要归功于它们的长存储时间和实验简单性。利用拉曼协议的操作实现了高时间带宽产品，这允许经由基于存储器的时间复用对概率操作的量子门进行多次同步试验。这使得拉曼存储器成为一种有前途的工具，其宽光谱带宽便于与其他光子基元（如单光子源）直接接口。在这里，这样一个光-物质界面是在温暖的铯蒸气中实现的。首先，我们研究了偏振编码信息在存储器中的存储。当在偏振干涉仪内的双轨配置中操作拉曼存储器时，可以实现对明亮相干态输入信号的高质量偏振保持。第二，将预示的单光子存储在存储器中。为此，存储器通过源预示事件的前馈按需操作，这是关键的技术能力。在存储之前，在自发参数下转换源中产生单光子，其定制设计在光谱上将光子定制到存储器接受线。存储的单光子的忠实检索被发现是目前有限的存储器中的噪声，在存储器输出的信噪比为0.3。然而，通过测量信号的光子统计，在取回的光中观察到输入的量子性质的明显影响。最后，详细研究了记忆噪声过程。四波混频噪声被确定为拉曼存储器的唯一重要噪声源。
2017-06-04 quant-ph
High-fidelity preparation, gates, memory and readout of a trapped-ion quantum bit
我们实现了所有的单量子位操作的容错量子计算所需的最低阈值以上的显着，使用存储在超精细的“原子钟“状态的$^{43}$钙$^+$捕获离子量子位。我们测量了99.93%的组合量子位状态准备和单次读出保真度，$T^*_2=50$秒的存储器相干时间，以及99.9999%的平均单量子位门保真度。这些结果是在室温微加工表面阱中实现的，而不使用磁场屏蔽或动态去耦技术来克服技术噪声。
2014-10-07 quant-ph
Room Temperature Initialisation and Readout of Intrinsic Spin Defects in a Van der Waals Crystal
宽禁带半导体中的光学可寻址自旋已经成为探索基本量子现象的最突出的平台之一。虽然包括金刚石和碳化硅在内的3D晶体中的几种候选物已经被广泛研究，但在原子级薄的2D材料中识别spindependent过程仍然难以捉摸。虽然理论上预测了hBN中的光学可达自旋态，但它们尚未在实验上观察到。在这里，采用严格的电子顺磁共振技术和光致发光光谱，我们确定荧光线在六方氮化硼与一个特定的缺陷，带负电荷的硼空位，并确定其自旋哈密顿参数。我们发现，缺陷有一个三重基态与零场分裂为3.5 GHz，并建立该中心在室温下具有光学检测的磁共振。我们还证明了该中心的自旋极化下的光泵，这导致光诱导的自旋基态的粒子数反转相干自旋操纵计划的先决条件。我们的研究结果构成了一个飞跃，在建立二维hBN作为一个主要的平台，可扩展的量子技术，具有扩展的潜力，自旋为基础的量子信息和传感应用，作为我们的ODMR研究hBN NV金刚石混合结构显示。
2019-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Variable Frequency Pulse Generation from Breathers in Josephson Transmission Lines
本文提出利用约瑟夫森传输线中呼吸子形成动力学从直流磁通子序列直接产生GHz微波脉冲的协议，无需室温合成或偏置电阻，仿真实现15.2-21.5 GHz频率、最高97%能量效率和40-365 MHz带宽，并可用于生成高斯脉冲。
2025-05-06 quant-ph
Mesoscopic entanglement of atomic ensembles through non-resonant stimulated Raman scattering
提出了一种利用非共振受激拉曼散射产生和验证两原子系综介观纠缠的方案。纠缠可以通过直接检测或平衡零差检测来自两个池的斯托克斯场，在它们在分束器上干涉之后产生。在读出过程中，集体原子场的纠缠可以转移到反斯托克斯场。通过测量反斯托克斯光场的算符矩，我们可以验证纠缠的存在。我们模拟的实际因素，如斯托克斯场探测器的量子效率和附加的热噪声在纠缠产生过程中的影响，和反斯托克斯场的损失在纠缠验证过程中，并找到可实现的制度，其中纠缠可以验证在几十到几百个原子激发的合奏。
2007-03-21 quant-ph
Coherent oscillations in a single electron spin at room temperature
在单个缺陷中心中，单个电子自旋的拉比章动已被探测到。自旋量子态的相干演化通过自旋态的光学检测来跟踪。在室温下的相干时间高达几微秒已被测量。自旋态的光学读出导致退相干，相当于所谓的芝诺效应。在单自旋哈恩回波实验中观察到了电子自旋跃迁之间的量子拍。更进一步的分析显示拍频也是由电子自旋与单个14 N核自旋的超精细耦合引起的。用电子自旋与两个振荡场相互作用的密度矩阵方法对结果进行了分析。
2003-09-09 quant-ph
Eigenmode description of Raman scattering in atomic vapors in the presence of decoherence
建立了描述原子蒸气中拉曼散射过程的理论模型。治疗调查低激发制度适合现代实验应用。尽管合并的退相干效应（可能依赖于模式），它允许从空间自由度的时间演化的直接分离。研究了噪声对该过程的时间特性的影响。该模型适用于两个实验相关的情况下，超冷和室温原子。计算了斯托克斯光子的空间本征模及其与原子激发的耦合。类似地，动力学和波形的集体原子态导出量子存储器的实现。
2012-07-06 quant-ph
Modular interface for efficient optical readout of diamond quantum memory at cryogenic temperatures via single-mode optical fibers
该研究提出一种结构隔离的模块化接口，用于金刚石色心量子存储器，在共聚焦体积大幅缩减下仍能通过单模光纤高效收集光子，为可扩展量子基础设施奠定基础。
2025-10-14 quant-ph
Cryogenic Control and Readout Integrated Circuits for Solid-State Quantum Computing
本文针对固态量子计算数百万比特集成下室温控制读出电子设备的互连与延迟难题，综述两类低温控制读出集成电路研究，重点介绍CMOS技术的原理、架构及器件建模等内容。
2024-10-30 cs.SY eess.SY quant-ph
Improved quantum sensing with a single solid-state spin via spin-to-charge conversion
在室温下有效地光学读出单个固态电子自旋是纳米量子传感的关键挑战。在这里，我们应用自旋-电荷转换技术，以提高在室温下的金刚石中的一个单一的氮空位（NV）色心的光学自旋状态读出，在NV自旋相干时间没有退化。我们证明了一个数量级的改善，每次拍摄的自旋读出噪声和约五个因素的改善，在AC磁力灵敏度，相比，传统的NV自旋状态的光学读出方法。这种改进在广泛适用的块状金刚石系统中实现。我们表明，选择成功的电荷状态初始化导致可能进一步提高灵敏度。该技术非常适合于涉及低占空比脉冲信号的感测应用，在生物磁测量中，长的死区时间需要优化每次拍摄的灵敏度。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-photon-level quantum memory at room temperature
能够存储单光子的量子存储器是用于量子信息处理的基本构建块，使得能够在长距离上存储和传输量子信息。在室温下工作的设备可以大规模部署并集成到现有的光子网络中，但到目前为止，热量子存储器在单光子水平上容易受到噪声的影响。这个问题在冷原子系综中得到了解决，但这些系综体积庞大，技术复杂。在这里，我们展示了可控的，宽带和有效的存储和检索弱相干光脉冲在温暖的原子铯蒸气中的单光子水平使用远离共振拉曼存储方案。无条件的噪声地板被发现是足够低的量子制度在室温下操作的存储器。
2010-10-19 quant-ph
All-optical control and multiplexed readout of multiple superconducting qubits
Tsinghua University（清华大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）
本研究提出了一种全光I/O架构，实现多超导量子比特的光控制与多路复用读取，显著提升大规模超导量子处理器的I/O性能。
2025-12-24 physics.optics quant-ph
Storage and retrieval of ultrafast single photons using a room-temperature diamond quantum memory
我们报告的存储和检索的单光子，通过量子存储器，在室温下散装金刚石的光学声子。太赫兹带宽预示的光子产生的自发参数下转换和映射到声子通过拉曼跃迁，存储一个可变的延迟，并按需释放。存储器输出的二阶相关性为$g^{(2)}(0) = 0.65 \pm 0.07$，表明在整个存储和检索过程中保留了非经典光子统计。该存储器具有低噪声、高速和广泛可调的特点，因此有望成为局部量子处理应用的多功能光物质接口。
2014-09-11 quant-ph
Enhanced quantum sensing with room-temperature solid-state masers
固态系统的量子传感在从材料和生物医学科学到基础物理学的各个领域都有广泛的应用。已经开发了几种固态自旋传感器，促进了对诸如磁场和电场以及温度的物理量的超灵敏检测。利用非相互作用自旋的集体行为有望将检测极限推到更低的水平，而到目前为止，由于固态自旋系综的线宽变宽和读出效率低下，这些水平几乎无法达到。在这里，我们的实验表明，这些缺点可以克服新重生的微波激射技术在室温下在固态。由于微波激射的作用，我们观察到一个分子自旋系综的非均匀加宽线宽减少了4倍，这比在低温下从单自旋测得的线宽要窄。基于脉泽的读出应用于磁力显示的信噪比（SNR）为30分贝的单次拍摄。这项技术将是一个重要的工具箱，以提高灵敏度的固态系综自旋传感器。
2022-01-13 physics.app-ph quant-ph
Quantum Computing with Atomic Josephson Junction Arrays
我们提出了一个原子约瑟夫森结阵列量子计算方案。该系统由少量三态原子组成，被囚禁在一个远离共振的光晶格中。拉曼激光提供了“约瑟夫森”隧穿，原子之间的碰撞相互作用代表了模式之间的“电容”耦合。量子比特态是具有相反持续电流的原子的集体状态。这个系统非常类似于超导通量量子比特。单量子位量子逻辑门是通过调制拉曼耦合来实现的，而双量子位量子逻辑门是由相邻阱之间的隧道耦合产生的。读出是通过调谐约瑟夫森制度之间的拉比制度，随后通过内部电子状态的原子的检测拉曼耦合。退相干机制进行了详细的研究，承诺之间的退相干时间和门操作时间的高比率。
2003-06-12 quant-ph
Quantum sensing with duplex qubits of silicon vacancy centers in SiC at room temperature
针对SiC硅空位中心单量子比特光学读出背景问题，提出双工量子比特传感方案，利用双频微波脉冲同时操作两组态，使信号对比度翻倍并提升交流磁测量灵敏度。
2025-04-05 physics.app-ph quant-ph
Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link
实现通用量子计算机的革命性承诺将需要具有数百万量子比特（qubit）的处理器。在超导量子处理器中，每个量子比特都是用微波信号线单独寻址的，微波信号线将室温电子设备连接到量子线路的低温环境。与每个量子位的多条同轴线相关的复杂性和热负荷将处理器的可能大小限制在几千个量子位。在这里，我们介绍了一种光子链路，采用光纤将调制激光从室温引导到低温光电探测器，能够直接在毫开尔文温度下提供散粒噪声限制的微波信号。通过演示超导量子比特的高保真控制和读出，我们表明，这种光子链路可以满足超导量子信息处理的严格要求。利用光纤的低热导率和大的固有带宽，可以有效地大规模多路传输相干微波控制脉冲，为实现百万量子位通用量子计算机提供了一条途径。
2020-09-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Enhanced readout contrast of V2 ensembles in 4H-SiC through resonant optical excitation
通过共振光学激发显著提高4H-SiC中V2集体的ODMR对比度，实现50%的高对比度和100 nT/√Hz的灵敏度。
2025-12-01 quant-ph
Room temperature coherent control of coupled single spins in solid
单量子物体之间的相干耦合是现代量子物理学的核心。当耦合强到足以战胜退相干时，它可以用于相关量子态的工程。特别是对于固态系统，量子关联的控制由于在量子计算中的应用而引起了广泛的关注。这种相干耦合已被证明在各种系统在低温1，2。在所有量子系统中，自旋可能是最重要的，因为它们提供了非常长的相位记忆，有时甚至在室温下也是如此。虽然在传统的磁共振中已经建立了对自旋的精确控制3，4，但由于灵敏度有限，现有技术通常不允许读出单个自旋。本文利用单氮空位自旋态的光学读出研究了金刚石中两个单缺陷（氮空位和氮）之间的偶极磁耦合。长相记忆结合的缺陷分离的几个晶格间距，使我们能够探索强磁耦合制度。由于双缺陷系统与其他缺陷很好地隔离，因此单自旋的长相位记忆时间并没有减少，尽管偶极相互作用通常被视为不希望的退相干源。实现了自旋对量子态的相干叠加。偶极耦合用于将自旋极化从氮空位中心自旋转移到氮自旋，氮空位中心的光泵浦导致有效的初始化。在水平anticrossing有效的核自旋极化实现。我们的研究结果表明，控制自旋耦合和多粒子纠缠在固态的重要一步。
2006-05-03 quant-ph
Collection efficiency of optical photons generated from microwave excitations of a Bose-Einstein condensate
具有$Λ$ -能级结构的原子的受激喇曼散射是将微波光子转换为可见光子的一种很有前途的方法。我们考虑原子玻色-爱因斯坦凝聚体，其大的相空间密度高度放大了与微波场的耦合。由于动量转移到凝聚体，受激光子散射可以发生在相位匹配方向之外，这可以用于将转换的光子与强拉曼读出脉冲分离。相反，在相位匹配的方向上，由于玻色子增强的超辐射散射导致微波到光学转换的效率增加。我们确定的最佳条件下发射的光子被收集到光纤的导模。
2022-01-25 quant-ph
Optomechanical Raman-Ratio Thermometry
斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射之间的不对称性的温度依赖性可以用于自校准、基于光学的温度测量。在腔光学力学的背景下，我们观察到腔增强的光的散射与驻波鼓膜模式的氮化硅膜机械谐振器的相互作用。斯托克斯散射光与反斯托克斯散射光的振幅之比被用来测量光学冷却的机械模式的温度，直到几个振动量子的水平。我们证明，拉曼比技术是能够测量我们的设备的物理温度范围从低温延伸到室温的数量级内。
2014-06-27 physics.optics quant-ph
Room-temperature coherent optical manipulation of single-hole spins in solution-grown perovskite quantum dots
固态自旋相干性的操纵是量子信息处理的一个重要范例。目前的系统要么在非常低的温度下运行，要么难以扩大规模。因此，开发低成本、可扩展的材料，其自旋可以在室温下相干操纵，对于量子信息科学的可持续未来具有高度吸引力。在这里，我们报告的环境条件下的全光学初始化，操作和读出的溶液生长的CsPbBr3钙钛矿量子点的合奏中的单孔自旋。单孔自旋是通过亚皮秒电子清除后，圆偏振飞秒脉冲激发。横向磁场诱导自旋进动，第二个非共振飞秒脉冲通过强的光-物质相互作用相干旋转空穴自旋。这些操作在室温下几乎完成了对单空穴自旋的量子态控制。
2022-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photonic link from single flux quantum circuits to room temperature
研究解决了低温与室温间信号传输的瓶颈，提出新型超导电光调制器（SEOM），实现了无需电放大的RSFQ电路直接光读出，打破Vπ-带宽权衡，达到17 GHz带宽，为大规模超导电路与室温电子设备间高带宽传输提供方案。
2023-11-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Electronic DC-SQUID Emulator
直流超导量子干涉器件（SQUID）的脉冲读出对于需要在毫开尔文温度下进行的实验至关重要，例如超导和电子自旋量子比特的读出。在这些实验中使用的脉冲读出算法通常是特定于实验设置，需要一些优化。我们提出了一个电路，模拟的DC-SQUID的行为，以允许在室温下的脉冲读出算法的开发和评估，而不需要一个运行的稀释冰箱。这种新颖的电路也构成了一个低成本的设备，可用于教学的DC-SQUID的原则，旨在培养下一代量子工程师的课程。
2022-04-19 cs.SY eess.SY quant-ph
Readout and control of a single nuclear spin with a meta-stable electron spin ancilla
与绝缘体中的点缺陷相关的电子和核自旋是固态量子技术的有前途的系统。虽然电子自旋通常用于读出和寻址，但核自旋是精致的量子比特和存储系统。利用这些系统，已经显示了附近核自旋的单次读出以及由电子自旋辅助的纠缠。虽然电子自旋在这个例子中是必不可少的读出，它通常限制核自旋相干。这就开始了对自旋自由基态缺陷的探索。在这里，我们分离出钻石中迄今为止尚未识别的缺陷，并在室温下使用它来展示具有极高对比度（高达45%）的光学自旋极化和读出、单个激发三重态自旋的相干操纵以及使用三重态的相干核自旋操纵电子自旋作为亚稳态辅助。由此证明了无自旋电子基态中非耦合核自旋的核磁共振和Rabi振荡。我们的研究表明，耦合到单个亚稳电子自旋的原子核是有用的量子系统，尽管电子弛豫过程的记忆时间长。
2013-02-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature optically detected coherent control of molecular spins
本研究利用并五苯的光激发三重态，在室温下实现分子自旋的光学探测相干控制，拓展至热蒸发薄膜仍保持优异性能，为可定制室温量子技术提供新可能。
2024-02-12 physics.chem-ph quant-ph
Room temperature optically detected magnetic resonance of single spins in GaN
本文报道了氮化镓中两类缺陷的室温光学检测磁共振特征，其中一类具有大正对比度，为集成量子传感提供了有前景的平台。
2023-06-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
