Multiatom and resonant interaction scheme for quantum state transfer and logical gates between two remote cavities via an optical fiber
研究了由两个单模腔和多个陷在腔中的二能级原子组成的系统。如果原子与局域腔场发生共振和集体相互作用，但原子之间没有直接相互作用，我们证明了理想的量子态转移和高度可靠的量子交换，纠缠和受控Z门可以确定性地实现远距离腔之间。我们发现，随着腔中原子数目的增加，态转移和交换、纠缠和受控Z门的操作速度都大大加快。我们还注意到，在多原子情况下，原子的自发发射和腔外的光子泄漏对量子过程的影响也可以大大减小。
2007-01-25 quant-ph
Adiabatic elimination in the presence of multiphoton transitions in atoms inside a cavity
本文提出一种在Heisenberg绘景下针对腔内存在多光子跃迁原子的绝热消除方法，其优势在于即使类Raman共振条件不成立也能推导有效哈密顿量。
2023-08-02 quant-ph
Nearly deterministic Bell measurement with multiphoton entanglement for efficient quantum information processing
我们提出了一个详细的分析贝尔测量方案中提出的[物理。114，113603（2015）]基于使用光子的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠的逻辑量子比特。随着逻辑量子比特中光子数量的增加，仅使用线性光学可以使所提出的贝尔测量的成功概率任意高。我们比较了我们的方案与所有其他的建议，使用单光子量子比特，相干态量子比特或混合量子比特，建议提高贝尔测量的效率。作为一个显着的优势，我们的计划只需要光子开关测量，而光子数分辨探测器是必要的所有其他建议。我们发现，基于相干态量子比特的方案在所获得的成功概率方面表现出最好的性能，而我们的方案优于使用单光子量子比特的方案。我们最后表明，有效的量子通信和容错量子计算可以实现使用我们的方法。
2015-12-01 quant-ph
Nearly Deterministic Bell Measurement for Multiphoton Qubits and Its Application to Quantum Information Processing
我们提出了一个Bell测量方案，利用一个逻辑量子比特与任意数量的光子在Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠中进行测量.值得注意的是，贝尔测量以及GHZ纠缠的隐形传态的成功概率可以任意高，仅使用线性光学元件和光子开关测量，随着光子数量的增加。我们的方案优于以前的建议，使用单光子量子比特时，比较成功的概率方面的平均光子使用。它具有实验可行性的另一个重要优点是它不需要光子数分辨测量。我们的方案为全光量子信息处理提供了一种新的选择。
2015-02-26 quant-ph
Landau-Zener without a Qubit: Unveiling Multiphoton Interference, Synthetic Floquet Dimensions, and Dissipative Quantum Chaos
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文在非线性多能级玻色子系统中研究Landau-Zener-Stückelberg-Majorana干涉，通过两个超导谐振器实验展示弱非线性下的类两能级干涉、强非线性下的Kerr多光子共振，并理论证明LZSM峰合并可导致耗散量子混沌。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Demonstration of Controlled-Phase Gates between Two Error-Correctable Photonic Qubits
为了实现容错量子计算，需要将量子信息存储在具有纠错功能的逻辑量子比特中，通过在多个物理量子比特之间分配逻辑状态或通过在高维系统的希尔伯特空间中编码来实现。这些可纠错的逻辑量子比特之间的量子门操作对于实现任何实际的量子计算任务都是必不可少的，但还没有实验证明。在这里，我们展示了一种几何方法，实现控制相位门之间的两个逻辑量子比特编码的光子场存储在腔中。这些门是通过将辅助超导量子比特色散耦合到这些腔并驱动它根据腔的联合光子态进行循环演化来实现的，这产生了条件几何相位。我们首先实现了光子量子比特的相位门，其逻辑基态编码在两个准正交相干态中，这对基于连续变量的量子计算具有重要意义。然后，我们使用这种几何方法来实现两个二进制编码的逻辑量子比特之间的控制相位门，这具有纠错功能。
2020-03-26 quant-ph
Quantum phase gate Based on Electromagnetically Induced Transparency in Optical Cavities
基于电磁感应透明效应，我们从理论上研究了在光腔中由单原子构成的系统中实现量子相位门。首先，我们表明，探测脉冲可以经历一个$π$相移由于存在或不存在的经典控制场。考虑到腔EIT效应和量子存储过程的相互作用，我们证明了两个单光子之间的受控相位门。为此，首先需要在基态原子态中存储（控制）光子。在下文中，第二个（目标）光子必须撞击原子-腔系统。根据原子状态，第二个光子将被透射或反射，获得不同的相移。然后，该协议可以容易地扩展到多光子系统，即，保持控制光子的存储，它可以在几个单光子中引起相移，从而能够产生多体纠缠态。我们探讨了原子-腔系统中的相关参数空间，该空间允许使用最新技术实现量子相位门。特别地，我们发现了一个原子-腔系统的合作性的下限，它使得单光子相移的实现成为可能。光子量子比特的相位上的诱导移位和单光子之间的受控相位门，与光学器件相结合，使得能够执行通用量子计算。
2016-09-09 quant-ph
Autonomous Stabilization of Fock States in an Oscillator against Multiphoton Losses
本研究针对Fock态受多光子损耗影响的问题，在超导量子电路中采用级联选择性光子相加操作实现多光子Fock态自主稳定，延长了非经典特性保持时间，还可用于重置二项式编码逻辑量子比特，助力可纠错量子信息处理。
2024-05-17 quant-ph
Interaction of bimodal fields with few-level atoms in cavities and traps
近年来在腔量子电动力学和囚禁离子研究方面取得了令人瞩目的实验成果，使实验室的性能达到了很高的水平。这种令人振奋的局面主要源于两个决定性的进展。第一个是发明了操纵单个原子的可靠协议。第二个是根据需要产生所需玻色子环境的能力。这些进展使得控制单个原子与任意数量玻色子模之间的耦合形式成为可能。因此，基本的物质-辐射相互作用模型，例如JC模型及其众多的非线性多光子概括，已经在实验室中实现或模拟，并且它们的动力学特征已经或多或少地被详细测试。本文综述了关于单原子与两个玻色子模耦合的动力学特性的理论研究和实验观察的最新进展。在本文的过程中，我们表明，这样的配置提供了一个很好的平台，用于调查各种量子模间相关效应测试或可测试的腔量子电动力学和囚禁离子实验领域。特别地，我们讨论了一个二阶原子与两个玻色子模的二次耦合动力学中出现的模-模关联效应。这种效应被称为宇称效应，表现为对玻色子激发总数的均匀性或奇异性的高度敏感性。
2002-06-21 quant-ph
Cavity-mediated long-range interaction for fast multiqubit quantum logic operations
量子位之间的相互作用对于执行双量子位量子逻辑运算是必不可少的。然而，大自然只给我们在简单和可控的环境中的最近邻相互作用。在这里，我们提出了一种策略，通过与腔场的共同耦合来诱导两个原子实体之间的相互作用，这两个原子实体不一定是彼此的邻居。这通过一组两量子位操作促进了快速多量子位量子逻辑操作。这里提出的思想适用于各种基于原子的量子比特的量子计算方案，例如，捕获的离子，捕获在光学腔和光晶格中的原子。
2005-09-06 quant-ph
Studying Qubit Interactions with Multimode Cavities Using QuTiP
该项目使用一种量子计算框架QuTiP来模拟通过三个谐振器相互耦合的两个量子比特之间的相互作用。该项目的主要目的是建立技术机制，以理解使用QuTiP功能的复杂量子位-腔相互作用。该系统模拟模仿了McKay et.模拟结果与M15的实验结果基本一致。研究了量子比特与腔场之间耦合强度的影响。据观察，更强的耦合产生更大的本征模式之间的分离。涉及共振的研究被用来构建iSWAP门，一种通用的量子逻辑门。这项研究表明，由于腔耗散，量子位衰变和退相的外部热损失的重要性。Landau-Zener模型针对多个交叉的情况进行了测试;该模型激励了三种情况的比较，其中2个量子比特通过1个腔、3个腔和6个腔耦合。该研究得出结论，具有多个模式，这是具有多个腔的结果，有利于将能量从量子比特转移到腔。最后，在该系统中测量了交流斯塔克位移，其动力学与M15的实验结果吻合得很好。
2019-12-05 quant-ph
Coupled cavities for enhancing the cross-phase modulation in electromagnetically induced transparency
我们提出了一种光学双腔谐振器，其对信号的响应类似于电磁感应透明（EIT）介质。这种器件与四能级EIT介质的组合可以用于通过信号场实现探测场的大交叉克尔调制。这将提供基于光子量子比特构建量子逻辑门的可能性。我们讨论了实现由单光子信号引起的Pi的探测光子相移所必需的技术要求。主要的困难是超低反射率分束器的要求和在腔中操作足够密集的冷EIT介质。
2001-05-02 quant-ph
Bosonic quantum error correction with microwave cavities for quantum repeaters
Institute of Physics, Johannes-Gutenberg University of Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）；Institute for Theoretical Solid State Physics, RWTH Aachen University（亚琛工业大学理论固态物理研究所）；Max Planck Institute for the Science of Light（马克斯·普朗克光科学研究所）
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
Quantum Limits to Linewidth Narrowing in Single- and Few-Atom Cavity Electromagnetically Induced Transparency
Kipu Quantum GmbH（Kipu量子有限公司）；Universidade Estadual Paulista (UNESP)（圣保罗州立大学）
该研究探究单原子至少原子腔电磁诱导透明的线宽窄化量子极限，通过Lindblad主方程推导解析模型，揭示多光子态激发的限制，提出增加原子数可抑制有害激发以降低最小线宽，为相关器件优化提供依据。
2026-09-01 quant-ph
Transfer and teleportation of quantum states encoded in decoherence-free subspace
基于单光子脉冲与腔场的辅助相互作用，提出了在无消相干子空间中，量子网络中空间分离的节点之间的量子态转移和隐形传态，量子比特被编码在腔中原子的内部态中.我们详细介绍了一个逻辑量子位Hadamard门和一个双逻辑量子位条件门的实现，并讨论了我们方案的实验可行性。
2007-11-02 quant-ph
Dual-rail encoding with superconducting cavities
本文提出电路QED双轨量子比特，利用超导腔单光子子空间编码，将光子损失转为易纠正的擦除错误，实现通用门操作，错误率层级有利，有望低于QEC阈值。
2023-10-17 quant-ph
Theoretical realization of a two qubit quantum controlled-not logic gate and a single qubit Hadamard logic gate in the anti-Jaynes-Cummings model
本研究在反-Jaynes-Cummings模型中理论实现了Hadamard门和量子受控非门，通过精确选择相互作用时间，在非正交基态子空间中获得单位成功概率，为量子计算提供了新方案。
2021-03-04 quant-ph
On-Chip Photonic Transistor based on the Spike Synchronization in Circuit QED
研究了多能级超导人工原子与谐振腔耦合腔系统中的单光子晶体管的相互作用。利用有效的单模变换将哈密顿量对角化，并根据简正模进行阻抗匹配。入射光场的存储和传输由控制原子最低能级跃迁的腔之间的相互作用来描述。在没有输入场的情况下，利用正交算符，在输入/输出关系中研究了真空诱导多光子跃迁的拉比分裂。利用二阶相干函数研究了由布居不平衡描述的光子振荡态中腔场的光子阻塞和局域-离域跃迁。研究了存在多能级跃迁时腔输出光场的反射和透射。利用反射场和透射场的积累和激发，研究了透射场群聚尖峰训练的同步性和腔场粒子数不平衡性。在单光子门场的存在下，增益增强解释了透射制度。
2017-11-09 quant-ph
Multi-target-qubit unconventional geometric phase gate in a multi-cavity system
基于腔的大规模量子信息处理（QIP）可能涉及多个腔，并且需要对分布在不同腔中的量子位执行各种量子逻辑操作。基于几何相位的量子计算因其在克服计算误差和局部涨落方面的优势而受到广泛关注。此外，多量子比特门特别有吸引力，并在QIP中发挥重要作用。本文提出了一种在多腔系统中实现多目标量子比特非常规几何相位门的简单有效的方案。这种多量子位相位门具有一个共同的控制量子位，但不同的目标量子位分布在不同的腔中，这可以使用单步操作来实现。门操作时间与量子比特的数量无关，并且每个量子比特只需要两个级别。这种多量子比特门是通用的，例如，通过执行单量子比特操作，它可以被转换成两种类型的有效的多目标量子比特相位门，用于QIP和量子傅里叶变换。该提议是相当普遍的，可以用于完成一般类型的量子位（如原子，NV中心，量子点和量子位）的相同任务。
2015-06-19 quant-ph
Effect of Decoherence for Gate Operations on a Superconducting Bosonic Qubit
超导电路中的高品质因数3D腔是玻色子逻辑量子比特的理想候选者，因为它们的保真度仅受低光子损失率的限制。然而，用于操纵玻色子量子位的transmon量子位导致出现额外的弛豫和退相通道。在这项工作中，进行了数值研究，以阐明各种损失通道的玻色子量子比特上的逻辑门的性能的影响。一个门误差模型的开发，封装任意门操作的损失机制，并预测实验可实现的玻色子量子比特的门误差。从这项研究中收集到的关于损失机制的见解提出了更有效的优化算法，可以减少玻色子量子比特上的门错误。
2022-11-09 quant-ph
Multiplex-controlled phase gate with qubits distributed in a multi-cavity system
提出了一种多路控制相位门的实现方法，其中n个量子比特分布在n个不同的腔中，n-1个控制量子比特同时控制一个目标量子比特。这种多量子比特门是通过使用n个qutrit（三能级自然或人工原子）放置在n个不同的腔中，这些腔与辅助qutrit耦合来实现的。在这里，量子位的两个逻辑状态由放置在腔中的qutrit的两个最低能级表示。我们表明，这种n量子比特控制的相位门可以实现只使用2n+2个基本操作，即，所需的基本操作的数量仅随量子位的数量n线性增加。由于每个基本操作都采用量子-腔或量子-脉冲共振相互作用，因此当量子比特数不多时，可以快速实现门。数值模拟结果表明，利用电路QED系统可以高保真地实现由分布在三个不同腔体中的三个量子比特组成的三量子比特控制相位门。这一方案具有很强的普适性，适用于原子、NV中心、量子点或各种超导量子点分布在不同腔中的物理系统。最后，这种方法可以应用于实现一个多量子位控制的相位门与原子使用一个腔。详细讨论了用原子和一个腔实现三量子比特受控相位门的方法。
2018-06-12 quant-ph
Universal quantum gate with hybrid qubits in circuit quantum electrodynamics
混合量子比特在量子计算中引起了广泛的关注。我们在这里提出了一种通过耦合到超导通量量子组的两个三维（3D）微波腔实现两个混合量子比特的通用受控相位门的方法。对于这里考虑的门，控制量子比特是微波光子量子比特（类粒子量子比特），其两个逻辑状态由一个腔的真空态和单光子态编码，而目标量子比特是猫态量子比特（类波量子比特），其两个逻辑状态由另一个腔的两个正交猫态编码。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。门电路的实现非常简单，因为它只采用一个基本操作，既不使用经典脉冲，也不使用测量。我们的数值模拟表明，与电流电路QED技术，这种门可以实现高保真度。该提议的一般性允许在广泛的物理系统中实现所提出的门，例如耦合到天然或人工三能级原子的两个1D或3D微波或光学腔。最后，这个方案可以用来在类粒子光子量子比特和类波猫量子比特之间产生一种新的纠缠态。
2019-10-18 quant-ph
Dynamical quantum repeater using cavity-QED and optical coherent states
在腔QED的框架下，我们提出了一个利用相干光和耦合到光学腔的原子的量子中继方案。与传统的方案相比，我们只利用腔QED演化的整个量子中继器计划，从而避免任何显式执行的量子逻辑门。中继节点之间的纠缠分配是通过每个中继节点中的相干光脉冲与原子-腔系统相互作用来实现的。在我们以前的论文[D. Gonta和P. van Loock，Phys.Rev.A86，052312（2012）]，我们已经提出了一种使用耦合到光学腔的原子链的演化来纯化二分纠缠态的动力学协议。在这里，我们将这个协议的一部分，在我们的中继器计划，结合它与纠缠分布和交换的动态版本。
2013-11-05 quant-ph
State-Selective Ionization and Trapping of Single H$_2^+$ Ions with (2+1) Multiphoton Ionization
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Quantum Center, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院量子中心）
本文利用(2+1)共振增强多光子电离实现了单个H$_2^+$离子的振转态选择性装载，并通过量子逻辑谱验证了装载成功率和转动激发态的稳定性，为氢分子离子的高精度光谱学研究提供了高效方法。
2025-11-10 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic teleportation of a quantum gate between two logical qubits
量子计算机有可能有效地解决经典计算机难以解决的问题。然而，由于现实世界量子系统中固有的误差和噪声，构建大规模量子处理器具有挑战性。应对这一挑战的一种方法是利用模块化--一种在自然界和工程中普遍存在的策略--来稳健地构建复杂系统。这种方法通过将小的、专门的组件组装到一个更大的架构中来管理复杂性和不确定性。这些考虑促使量子模块化架构的发展，其中单独的量子系统通过通信信道组合成量子网络。在这种架构中，通用量子计算的一个重要工具是纠缠量子门的隐形传态，这是一种最初在1999年提出的技术，直到现在还没有确定性地实现。在这里，我们通过实验证明了一个远程控制非（CNOT）操作确定性利用实时自适应控制。此外，我们采取了关键的一步，实现强大的，错误可纠正的模块，通过制定之间的门逻辑量子比特，编码量子信息冗余的超导腔的状态。这种远程传输操作对容错量子计算具有重要意义，并且当在网络内实现时，可以在量子通信，计量学和模拟中具有广泛的应用。我们的研究结果说明了一个引人注目的方法来实现多量子位操作的逻辑量子比特内的错误保护的量子模块化架构。
2018-01-16 quant-ph
All-optical storage of phase-sensitive quantum states of light
我们实验证明存储和按需释放的相位敏感，光子数叠加态的形式$α|0\rangle + βe^{iθ} |1\rangle$的光量子化振荡器模式。为此，我们将相位探测机制引入到由两个级联光学腔组成的存储系统中，该存储系统先前用于存储相位不敏感的单光子状态[Phys.Rev.X3，041028（2013）]。这是第一次证明全光存储高度非经典和相敏的光的量子态。存储后的状态的强非经典性变得明显作为一个负的区域在相应的维格纳函数从相空间中的原点移动。否则，如果没有存储系统的相位信息，这种负性是无法获得的。虽然我们的方案包括光学存储的可能性，按需释放和任意单轨量子比特状态的同步，但它并不限于这些状态。事实上，我们的技术可以扩展到更一般的相位敏感态，如多光子叠加态或纠缠态，因此它代表了先进的光学量子信息处理的重要一步，其中高度非经典态被用作资源。
2018-10-25 quant-ph
Fault-tolerant optical interconnects for neutral-atom arrays
本研究结合表面码抗边界噪声理论、原子阵列量子计算实验进展与光量子网络技术，提出中性原子阵列局域纠错模块的容错光互连方案，在低误差下无需额外开销即可实现容错，满足高速逻辑时钟周期要求。
2024-08-16 quant-ph
Logical multi-qubit entanglement with dual-rail superconducting qubits
International Quantum Academy, Shenzhen（国际量子研究院）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学深圳量子科学与工程研究所）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学广东省量子科学与工程重点实验室）
本研究通过双轨超导量子比特实现了逻辑多量子比特纠缠，展示了高保真度的纠缠态和通用门集，为量子纠错提供了新方案。
2025-04-16 quant-ph
Transferring quantum entangled states between multiple single-photon-state qubits and coherent-state qubits in circuit QED
提出了一种将n个单光子态（SPS）量子比特的最大纠缠态或部分纠缠态转移到n个相干态（CS）量子比特上的方法，该方法采用2n个微波腔耦合到超导通量量子比特上. SPS量子比特的两个逻辑态在这里由真空态和腔的单光子态表示，而CS量子比特的两个逻辑态用腔的两个相干态编码。由于只使用一个超导量子阱作为耦合器，电路结构大大简化。状态转移的操作时间并不随量子位数的增加而增加。当系统的耗散可以忽略时，由于不需要测量，量子态可以以确定性的方式转移。此外，在整个操作过程中，耦合器qutrit的较高能量的中间能级不被激发，因此来自qutrit的退相干被极大地抑制。作为一个具体的例子，我们数值证明，高保真传输的两个SPS量子比特到两个CS量子比特的贝尔状态是可以实现的，在当今的电路QED技术。最后，值得注意的是，当耗散可以忽略时，可以通过执行逆操作将n个CS量子比特的纠缠态转移回n个SPS量子比特。这个方案是相当普遍的，并且可以通过使用天然或人造原子来耦合2n个微波或光学腔来完成相同的任务。
2021-07-09 quant-ph
Universal hyperparallel hybrid photonic quantum gates with dipole-induced transparency in the weak-coupling regime
研究了金刚石氮空位中心在双波导耦合光子晶体腔中的偶极诱导透明（DIT）现象，发现即使在坏腔区（Purcell区），耦合腔和非耦合腔对圆偏振光的反射率和透射率也存在明显的差异.利用该DIT，我们提出了两个通用的超并行混合光子量子逻辑门，包括一个混合超控制非门和一个混合超Toffoli门，它们分别在光子系统的偏振和空间模式自由度上工作，相当于两个相同的量子逻辑门在一个自由度上同时工作.在多自由度多比特系统的量子信息协议中，它们可以用较少的资源完成更多的量子操作，从而降低资源消耗和光子损耗。此外，在弱耦合区，它们对非对称环境噪声的鲁棒性比在一个自由度中集成两个级联的量子逻辑门更好。
2015-04-01 quant-ph
Eigen-SNAP gate for photonic qubits in a cavity-transmon system
该研究提出基于腔- transmons系统的Eigen-SNAP两量子比特门，通过外部驱动transmon在色散耦合区工作，实现√SWAP门并经数值优化提升保真度，为连续变量量子计算提供稳健平台。
2025-08-26 cond-mat.other quant-ph
Theoretical comparison of quantum Zeno gates and nonlinear phase gates
量子逻辑运算可以使用非线性相移（克尔效应）或基于强双光子吸收的量子芝诺效应来实现。这两种方法都利用三能级原子，其中上能级被调谐为Zeno门的共振和非线性相位门的非共振。在谐振腔参数和三能级原子参数相同的情况下，比较了非线性相位门和Zeno门的性能。据发现，预期的性能是可比的两种方法，尽管它们的实施方式有明显的差异。
2011-03-14 quant-ph
Quantum amplification of spin currents in cavity magnonics by a parametric drive induced long-lived mode
腔介导的磁振子-磁振子耦合可以导致两个空间分离的磁性样品之间的自旋波激发的转移。我们阐述了如何应用双光子参量驱动的腔可以导致斯塔克放大，在这种传输效率。腔的周期性多光子吸收打开了一个无限的可达能级的阶梯，这可以在磁振子Fock空间内诱导高阶跃迁。这反映在当相邻样品被相干泵浦时来自磁性样品之一的增强的自旋电流响应中。在稳定的动力学区域内，由参数驱动引起的增强可以相当高。具体而言，在稳定边界的外围附近，自旋电流被放大了几个数量级。这种惊人的增强因子是由于参数诱导的强凝聚沉淀的长寿命模式的出现。虽然在磁振子的背景下，该原则的一般性将允许应用到参数腔中包含的系统之间的能量传递。
2022-10-12 physics.optics quant-ph
Spin emitters beyond the point dipole approximation in nanomagnonic cavities
在从量子信息科学到自由基的纳米化学的广泛领域中，对发射体的自旋状态之间的跃迁速率的控制是至关重要的。我们提出了一种方法来驱动一个电和磁偶极子禁戒的自旋发射体的过渡，将其放置在一个纳米磁腔，需要一个描述的自旋发射体超越点偶极子近似和真空磁场的纳米磁腔与一个大的空间梯度的自旋发射体的体积。我们专门研究了金刚石中的SiV $^-$缺陷，其塞曼分裂基态包括用于固态量子信息处理的逻辑量子比特，耦合到作为能够将微波磁场集中到深亚波长体积中的模型纳米磁性腔的磁性纳米颗粒。通过对SiV $^-$自旋轨道的第一性原理模拟，我们计算了磁偶极允许跃迁和磁偶极禁戒跃迁的自旋跃迁密度，并计算了它们与纳米磁腔中各种多极模的耦合率.我们设想使用这样一个框架的量子态转导和自旋量子比特在GHz频率尺度的状态准备。
2020-12-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Stabilizer subsystem decompositions for single- and multi-mode Gottesman-Kitaev-Preskill codes
本文提出 GKP 码的稳定子系统分解，证明偏迹非逻辑稳定子系统即等价于理想解码，并据此实现单模 GKP 码在现实噪声下可处理任意大光子数的高效模拟。
2024-01-09 quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled phase gate with cat-state qubits in circuit QED
提出了一种多目标量子位控制相位门的单步实现方法，其中一个猫态量子位（\textit{cqubit}）同时控制$n-1$目标\textit{cqubits} . \textit{cqubit}的两个逻辑状态由单腔模式的两个正交猫态表示。在这个方案中，门是用$n$微波腔耦合到一个超导transmon qutrit。由于在门操作期间quutrit保持在基态，所以由于quutrit的能量弛豫和退相而引起的退相干被极大地抑制。门的实现是相当简单的，因为只需要一个单步操作，既不需要经典的脉冲，也不需要测量。数值模拟结果表明，利用现有的电路QED技术，高保真实现一个cqubit同时控制两个目标cqubit的受控相位门是可行的.该方案可以扩展到广泛的物理系统来实现所提出的门，例如耦合到自然或人工三能级原子的多个微波或光学腔。
2019-10-18 quant-ph
Parity-encoding-based quantum computing with Bayesian error tracking
针对线性光学MBQC中纠缠非确定性与光子损耗问题，提出基于奇偶校验编码多光子量子比特的拓扑协议，并用贝叶斯方法结合稳定子形式跟踪误差及图论优化降低资源开销。
2022-12-01 quant-ph
Circuit QED: single-step realization of a multiqubit controlled phase gate with one microwave photonic qubit simultaneously controlling $n-1$ microwave photonic qubits
提出了一种利用微波光子量子比特同时控制$n-1$目标微波光子量子比特实现多目标量子比特受控相位门的新方法。该门是用耦合到超导通量quutrit的$n$微波腔实现的。每个腔都有一个微波光子量子比特，它的两个逻辑态分别由单个腔模的真空态和单光子态表示。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被极大地抑制。该方案只需要一个单步操作，因此门的实现非常简单。门操作时间与量子比特的数量无关。此外，该方案不需要施加经典脉冲或任何测量。数值模拟结果表明，利用现有的电路QED技术，可以实现一个微波光子量子比特同时控制两个目标微波光子量子比特的受控相位门的高保真实现。该方案具有很好的通用性，可以应用于多种物理系统中，如多个微波或光腔耦合到自然或人工$Λ$型三能级原子中。
2019-10-18 quant-ph
Quantum processing by adiabatic transfer through a manifold of dark states
我们考虑一个网络的节点是电磁腔，每个耦合到一个三能级原子。节点通过光纤连接。每个原子都由一个控制激光器寻址，该激光器与腔场一起驱动原子跃迁。该网络可以是由$N_B$纤维连接的$N$腔的链或二维和三维阵列的形式。在Pellizzari关于双腔系统的工作的基础上，我们发现在一定条件下，该系统存在两种暗态。第一类是对应于每个节点上原子激发的$N$态，这些是我们用于量子处理的逻辑态。第二类是由纤维连接的成对点上的$N_B$简并暗态。通过操纵腔上控制激光的强度和相位，由于它们的简并性，人们可以在这些暗态之间自动地通过。该网络作为$N$级量子系统运行，其中可以通过外部控制协议生成计算上有用的状态。我们获得了小链和晶格的数值结果，以展示一些量子操作，如跨阵列的状态传输，W-状态和傅立叶类状态的产生。我们还讨论了耗散的影响和模型的局限性。
2012-02-02 physics.optics quant-ph
Quantum computing with trapped ions, atoms and light
我们首先考虑量子计算机的基本要求，论证核自旋作为信息承载实体的吸引力，以及允许量子门的耦合的光。然后，我们调查的优势和近期前景量子信息处理离子阱。我们讨论了离子阱中的退相干和门速率，比较了基于振动运动的方法和基于腔QED中光子交换的方法。然后，我们勾勒出量子计算机的主要特征，该量子计算机设计用于允许在100个逻辑量子比特上需要10^6个Toffoli门的算法。我们发现，大约200个由光纤和高精细度腔体连接的离子阱可以在一周到一个月内执行这样的算法，使用或接近当前技术水平的组件。
2000-04-12 quant-ph
Designing Kerr interactions using multiple superconducting qubit types in a single circuit
Kerr相互作用的工程化在多体量子系统中的量子信息处理应用和复杂腔-量子比特网络中的多体物理研究中具有巨大的潜力。我们研究了如何将多个不同类型的超导量子位耦合到相同的腔模，以修改作用于腔的自克尔效应和交叉克尔效应，并证明这种类型的架构可能对量子技术有重大意义。使用解析微扰理论的结果和数值模拟，我们首先表明，耦合两个超导量子比特具有相反的非谐性到一个单一的腔，使有效的自克尔相互作用被削弱，同时保留的数量分裂效应，使控制和测量的腔场。我们证明，这种减少的自克尔效应可以保持的保真度的相干态和广义薛定谔猫态的时间远长于典型的相干时间在现实的设备。接下来，我们发现两个腔之间的交叉克尔相互作用可以通过将它们耦合到同一对量子比特设备来修改。当其中一个量子比特的频率可调时，腔之间的纠缠相互作用的强度可以根据需要变化，从而形成两种模式的逻辑运算的基础。最后，我们讨论了产生腔和量子位阵列的可行性，其中中间和现场量子位可以调整整个系统中自相互作用和交叉克尔相互作用的强度。该体系结构为设计有趣的多体哈密顿量提供了一种方法，也为电路量子电动力学中的量子模拟提供了一个有用的平台。
2017-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase detection at the quantum limit with multi-photon Mach-Zehnder interferometry
我们研究了一个输入端为相干态，另一个输入端为真空的马赫-曾德尔干涉仪。我们探索贝叶斯相位估计策略，以证明它是可能的，以实现标准的量子极限独立于相移的真实值和特定的假设上的噪声的干涉仪。我们已经能够实现的协议，使用并行操作的两个光子数分辨探测器和多光子符合逻辑电子在弱照明马赫-曾德尔干涉仪的输出端口。该协议是无偏的，饱和的Cramer-Rao相位不确定性界，因此，是一个最佳的相位估计策略。
2007-01-26 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
A Schrodinger Cat Living in Two Boxes
单模谐振子中不同相干态的量子叠加，被称为“猫态”，是薛定谔著名的猫悖论的一个优雅的证明。在这里，我们实现了一个双模猫态的电磁场在两个微波腔桥超导人工原子，它也可以被看作是一个纠缠对的单腔猫态。我们提出了完整的量子态层析成像的复杂猫状态超过100维的希尔伯特空间通过量子非破坏测量的联合光子数奇偶校验。操纵这种多腔量子态的能力为容错量子计算和通信的冗余编码量子位之间的逻辑运算铺平了道路。
2016-01-21 quant-ph
Efficient scheme for realizing a multiplex-controlled phase gate with photonic qubits in circuit quantum electrodynamics
基于电路量子电动力学（QED）理论，提出了一种利用多个光子量子比特同时控制一个目标光子量子比特实现多路控制相位门的有效方案。为了方便起见，我们将这种多量子比特门表示为MCP门。该门是通过使用两级耦合器耦合多个腔来实现的。这里的耦合器是一个超导量子比特。该方案很简单，因为门的实现仅需要\textit{one step}操作。此外，该方案是相当通用的，因为每个光子量子比特的两个逻辑状态可以用真空状态和任意非真空状态（例如，Fock态、Fock态的叠加、猫态或相干态等）。其与真空状态正交或准正交。该方案具有一些额外的优点：因为仅使用两级耦合器，即，不利用辅助能级，避免了来自耦合器的较高能级的退相干;门操作时间不依赖于量子比特的数量;并且由于不应用测量，所以确定性地实现门。作为一个例子，我们数值分析了基于电路QED的实验可行性，实现一个三量子比特MCP门与光子量子比特每个编码通过真空状态和猫状态。该方案可以应用于由多个微波或光腔耦合到一个二能级耦合器（如自然或人工原子）组成的广泛的物理系统中，以完成相同的任务。
2022-04-08 quant-ph
Site-selective cavity readout and classical error correction of a 5-bit atomic register
本文在10位点原子阵列上利用局域 Stark 频移实现高保真位点选择腔读出，并结合自适应搜索与经典纠错，将逻辑记忆寿命提升至单比特空转寿命的五倍。
2024-09-07 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic preparation of W states via spin-photon interactions
自旋系统，如金刚石中的硅或氮空位中心，量子点和耦合到光学腔的量子点分子，似乎是创建量子网络的关键元素，不仅构成网络的节点，而且还有助于创建光子网络。在这里，我们研究了任意大小的自旋系统$W$态的确定性制备。我们提出了一个有效的操作上的三个量子比特，两个是逻辑量子比特和一个是辅助量子比特，其中没有相互作用的逻辑量子比特是必需的。所提出的操作可以从两个可分离的量子位创建$W$型爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）对，并将该EPR对或任意大小的$W$状态扩展一个，创建类似$W$的状态。以这个操作为基本构建块，我们展示了如何创建一个大规模的$W$状态的可分离的量子位，或两倍的大小的$W$状态。基于这种操作，并专注于氮空位（NV）中心在金刚石作为一个示例性的自旋系统，我们提出了一个设置，用于制备圆偏振光的$W$态，由一个单一的自旋量子比特的辅助下，其中没有光子-光子相互作用是必需的。接下来，我们提出了一个装置，准备$W$状态的自旋量子比特的空间分离系统，由一个单光子的协助。我们还分析了可能的不完善的影响，在实现上所产生的$W$状态的保真度的门。在我们的设置中，既不需要后测量，也不需要对自旋或光子量子比特的状态进行后处理。我们的设置可以用当前的技术实现，我们预计它们将有助于量子科学和技术。
2021-05-21 quant-ph
Model reduction of cavity nonlinear optics for photonic logic: A quasi-principal components approach
School of Electrical Engineering and Telecommunications, UNSW Australia（新南威尔士大学电气工程与电信学院）
本文提出一种准主成分方法，用于降维腔体非线性光学模型，以高效模拟光子逻辑门。通过识别重要子空间，构建更小维度的近似模型，实现对光子逻辑门性能的准确分析。
2016-10-25 cs.SY eess.SY quant-ph
Single-step implementation of a hybrid controlled-NOT gate with one superconducting qubit simultaneously controlling multiple target cat-state qubits
混合量子门最近引起了相当大的关注。它们在连接具有不同编码的量子比特的量子信息处理器中起着重要作用，并且在量子处理器和量子存储器之间的量子态传输中具有重要应用。在这项工作中，我们提出了一个单步实现的多目标量子比特受控非门与超导（SC）量子比特同时控制$n$目标猫态量子比特。在这个方案中，门是用耦合到三能级SC quutrit的$n$微波腔实现的。控制SC量子位的两个逻辑状态由qutrit的两个最低能级表示，而每个目标猫态量子位的两个逻辑状态由微波腔的两个准正交猫态表示。该建议基本上通过每个腔与quutrit的色散耦合来操作。门的实现非常简单，因为它只需要一个单步操作。不需要施加经典脉冲或执行测量。门操作时间与目标量子比特的数量无关，因此它不会随着目标量子比特数量的增加而增加。此外，由于在门操作期间qutrit的第三较高能级未被占据，所以来自qutrit的退相干被极大地抑制。作为这种混合多目标量子比特门的应用，我们进一步讨论了SC量子比特和猫态量子比特的混合Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态的产生。作为一个例子，我们数值分析了在现有的电路QED技术中产生一个SC量子比特和三个猫态量子比特的混合GHZ态的实验可行性。
2022-08-28 quant-ph
Quadrature squeezed photons from a two-level system
共振荧光是光场与二能级系统相互作用的结果，在量子光学的发展及其应用中起着重要的作用。尽管它的概念简单，但它包含了广泛的有趣现象，如莫洛三重态发射光谱和相干光子发射。共振荧光的一个基本方面，减少了自由空间中原子单光子流的量子涨落，早在30多年前就被预测到了。然而，要求在弱激发状态下操作，加上适度的原子振子强度和低收集效率的组合，继续为观察原子压缩提供严格的实验条件。试图绕过这些问题不得不牺牲反聚束，由于无论是从原子系综或多光子跃迁内的光学腔的前向散射。在这里，我们使用一个人工原子与一个大的光学偶极子，使100倍的光子探测率比自然原子对应物的改善，并达到观察正交压缩在单共振荧光光子的必要条件。利用相位相关的零差强度相关探测，我们证明了共振荧光的电场正交方差比真空涨落的基本极限低3%，而光子统计仍然是反聚束的.压缩和反聚束同时出现是光子的波粒二象性的一个完全非经典的结果。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Addressing requirements for crosstalk-free quantum-gate operation in many-body nanofiber cavity QED systems
Waseda University（早稻田大学）；NTT Corporation（日本电信电话株式会社）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
本文提出了一种基于光纤的量子计算平台，通过优化光-物质耦合实现无串扰量子门操作，并分析了其理论最优性能。
2026-01-30 quant-ph
Erasure detection of a dual-rail qubit encoded in a double-post superconducting cavity
本文在双柱超导腔中实现双轨量子比特，利用辅助transmon进行擦除检测，并通过改进的联合Wigner层析成像表征码空间，测得擦除率远高于残余退相干率，展示了该架构在量子纠错中的潜力。
2023-11-17 quant-ph
QuMIMO Diversity over Discrete-Variable Free-Space Optical Channels
University of Luxembourg（卢森堡大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)（法赫德国王石油与矿产大学）
该研究针对离散变量自由空间光信道提出QuMIMO链路模型，通过信道适配的空间分集技术，在无需逻辑量子比特多副本的情况下提升未知偏振量子比特传输的平均保真度。
2026-08-17 quant-ph
Quantum repeater based on cavity-QED evolutions and coherent light
在腔QED的框架下，我们提出了一个利用相干光和耦合到光学腔的原子链的量子中继器方案。与传统的中继器方案相比，我们避免了使用两个量子比特的量子逻辑门，只利用腔QED的演变。在我们以前的论文[D. Gonta和P. van Loock：A 88，052308（2013）]，我们已经提出了一种量子中继器，其中使用输入相干光的受控位移来分布两个相邻中继器节点之间的纠缠，而使用辅助（四分）纠缠态来纯化所产生的低保真度纠缠对。本文利用一系列受控的输入相干光相移和位移实现了纠缠分配。与以前的基于相干态的两量子比特纠缠分配方案相比，本方案仅依赖于简单的区分两个符号相反的相干态，这可以通过分束器和两个开关检测器以量子力学最佳方式执行。纠缠纯化利用一个方案，避免使用辅助纠缠资源。我们的中继方案具有合理的重复率和中继速率，为长距离量子通信提供了一个有吸引力的平台。
2016-09-13 quant-ph
Cavity-Enhanced Collective Quantum Processing with Polarization-Encoded Qubits
merQlab, Department of Computer Graphics, Vision and Digital Systems, Silesian University of Technology（merQlab，计算机图形学与视觉数字系统系，西里西亚理工大学）
本文提出一种腔增强的光学架构，用于集体量子处理，通过回路腔体模式的偏振子空间编码逻辑量子比特，利用可编程偏振变换实现单量子比特操作，并通过偏振选择非线性相互作用生成可调可控相门，实现通用门集。
2026-08-13 cs.AI quant-ph
