The universal quantum driving force to speed up a quantum computation -- The unitary quantum dynamics
指出量子力学中的幺正量子动力学是加速量子计算的普遍量子驱动力。这一论断从理论上有力地支持了幺正量子动力学是自然界最基本、最普遍的原理。另一方面，复合量子系统的希尔伯特空间的对称结构是经典计算所不具备的量子计算资源。在幺正量子动力学的基础上，建立了一种新的量子计算加速比理论。量子系统的么正量子动力学和希尔伯特空间的对称结构和性质是导致一般有效量子算法的指数量子计算加速的主要原因。幺正量子动力学对加速量子计算的内在重要性在于，幺正量子动力学具有独特的能力，能够在量子系统的希尔伯特空间的对称结构和量子系统上待解决问题的数学对称结构之间建立有效的相互作用。这种独特的能力可以通过结合希尔伯特空间的对称结构和性质来导致量子计算和经典计算之间的计算能力的本质差异。新的量子计算加速比理论也为现有的基于量子并行原理的高效量子算法提供了指数量子计算加速比的合理机制。现有的量子算法包括隐子群问题量子算法和传统的量子搜索算法，它们的共同特点是Hilbert空间的对称结构对量子算法没有任何有效的影响。这可能是这些量子算法非常特殊并被认为是半经典的主要原因。
2011-11-22 quant-ph
Parallel Driving for Fast Quantum Computing Under Speed Limits
本文提出协同设计方法选择最佳驱动参数比率，并采用并行驱动同时驱动调制器和量子比特，以提升2Q基础门能力并吸收1Q驱动时间，平均缩短电路持续时间17.84%，降低随机2Q门非保真度10.5%。
2023-03-08 quant-ph
Analytic approach to the Landau-Zener problem in bounded parameter space
本文提出了二能级系统有界参数空间中含时 Landau-Zener Hamiltonian 的三个解析解，揭示了不同有限时间驱动路径下激发概率的精确演化，并验证了 Landau-Zener 公式与绝热微扰理论的适用性。
2023-05-05 quant-ph
Driving two atoms in an optical cavity into an entangled steady state using engineered decay
我们提出了在光腔中耗散制备两原子最大纠缠稳态的各种方案。利用腔光子损失和自发发射的自然衰减过程，我们使用有效算子形式来识别和设计有效的衰减过程，该过程达到两个原子的纠缠稳态作为耗散时间演化的唯一不动点。我们调查的各个方面，是至关重要的实验实施我们的计划在当今和未来的腔量子电动力学系统和分析得出的最佳参数，误差缩放和我们的协议的收敛速度。我们的研究表明，我们的计划，现有的腔实验和良好的缩放保真度和速度相对于腔参数有前途的性能。
2012-06-18 quant-ph
Shortcut to adiabatic population transfer in quantum three-level systems: effective two-level problems and feasible counter-diabatic driving
随着在量子信息处理和量子控制中的广泛应用，各种量子系统中的绝热性引起了人们的广泛关注。本文主要研究量子三能级系统中的受激喇曼捷径到绝热过程。为了实现反非绝热驱动，但没有额外的耦合，我们首先减少量子三能级系统的有效的两个级别的问题，在大的中间级失谐，或在共振，应用反非绝热驱动与幺正变换，并最终修改泵和斯托克斯脉冲，以实现快速和高保真的人口转移。进一步讨论了所需的激光强度和稳定性对参数的变化，以证明绝热捷径的优势。
2016-11-14 quant-ph
Information Geometric Perspective on Off-Resonance Effects in Driven Two-Level Quantum Systems
本文对一类精确可解广义半经典Rabi系统的非共振效应进行了信息几何分析。具体来说，我们考虑人口转移进行四个不同的非共振驱动计划指定的su（2; C）的时间依赖的哈密顿模型。对于每一个计划，我们研究的后果偏离共振条件的测地路径和测地速度在相应的流形上的转移概率向量。特别是，我们分析了每个驱动方案对非共振效应的鲁棒性。此外，我们报告的速度和鲁棒性之间可能的权衡正在调查的驾驶计划。最后，我们讨论了出现不同的相对排名的性能之间的各种驱动方案时，从谐振到非谐振的情况下过渡。
2020-02-06 quant-ph
Quantum speed limit of a single atom in a squeezed optical cavity mode
本文研究了被囚禁在 Fabry-Perot 微腔中的单个原子的量子速度极限，通过非厄米 Schrödinger 方程和主方程方法分析了腔模压缩下量子态演化的速度极限及其对系统参数和初始态的依赖性。
2023-10-24 quant-ph
Qubit Measurement by Multichannel Driving
我们从理论上提出并实验实现了一种测量量子比特的方法，通过驱动它接近色散耦合玻色子模式的频率。对应于不同量子比特状态的玻色子状态的分离基本上以最大速率立即开始，从而导致测量协议的加速。此外，玻色子模式可以同时驱动，以优化测量速度和保真度。我们使用耦合到谐振器模式的超导量子位来实验测试这种测量协议。对于一定的测量时间，我们观察到，传统的色散读出产生接近100%的平均测量误差比我们的协议。最后，如果在测量协议期间量子位处于基态，则我们使用附加的谐振器驱动来将谐振器状态保持为真空。这表明，所提出的测量技术可以在测量脉冲之后无条件地将谐振器重置到真空状态中变得有用。
2019-02-25 quant-ph
Method for constructing shortcuts to adiabaticity by a substitute of counterdiabatic driving terms
本文提出了一种构造绝热性捷径的有效方法，即通过设计一个替代哈密顿量来避免加速协议的哈密顿量中可能包含一些难以实现的项的缺陷。结果表明，只要反绝热耦合项（即使只是其中的一部分）被附加哈密顿量抵消，就可以构造出相应的绝热过程的捷径，从而加速绝热过程.作为一个应用实例，我们将该方法应用于流行的Landau-Zener模型，实现了快速的粒子数反转。结果表明，无论是厄米系统还是非厄米系统，都可以设计不同的附加哈密顿量来代替传统的反非绝热驱动哈密顿量，以加快这一过程.该方法为设计哈密顿量的附加项提供了许多选择，使得人们可以在实践中选择可实现的模型。
2016-05-14 quant-ph
Time-independent counterdiabatic driving for emergent two-level subspaces in many-body systems
Sorbonne Université, CNRS, ENS-Université PSL, Collège de France（索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法兰西公学院）；University of Liege（列日大学）
研究多体系统中涌现二能级子空间的与时间无关反绝热驱动，利用量子态黎曼流形中测地线运动及相关关系，通过实例说明该方法能在短时间尺度实现单位保真度态制备，还讨论了其在实际多体系统中的局限性。
2026-07-16 quant-ph
Work fluctuation speed limit in boundary conformal field theories
The University of Manchester（曼彻斯特大学）
该研究在边界共形场论中推导出精确且可饱和的基于功涨落的速度极限，揭示了功涨落作为快速控制资源的作用，并建立了普适的功精度-时间权衡关系。
2026-10-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Three-level spin system under decoherence-minimizing driving fields: Application to nitrogen-vacancy spin dynamics
在一般三能级问题的框架内，研究了由一组强度递减的连续场组成的特殊类型的外部驱动情况下氮空位（NV）自旋的动力学.这样的集合已经被提出用于最小化相干损失。每个具有较小强度的新驱动场被设计成防止由具有较大强度的前一步骤处的驱动场引起的波动。我们表明，确实这种特殊类型的外部驱动最大限度地减少了损失的连贯性，使用纯度和熵作为量化为此目的。作为一个例子，我们研究了由于周围的$^{13}$ C核的自旋浴的NV自旋的相干损失。
2014-09-06 quant-ph
Berry-phase-based quantum gates assisted by transitionless quantum driving
我们提出了一种新的几何量子门的建议，使用三或二能级系统，其中一个可控变量，驱动频率和原子能量间距之间的失谐，被引入到实现几何变换。特别地，我们可以有两个瞬时本征态，它们具有相反的本征值，构成参数空间中的闭环。当循环完成时，累积的动力学相位被精确地取消，这超出了传统的并行传输限制。我们应用无跃迁量子驱动，使驱动场的振幅和相位的修正，以提高通用单量子比特门和非平凡双量子比特门的几何变换的速度和保真度。还估计了退相干下的门保真度。
2019-10-03 quant-ph
Decoherence-assisted quantum driving
提出利用与外部旁观者系统的重复测量型相互作用实现束缚量子系统的无跃迁驱动，借助量子Zeno效应实现高保真度，并在多比特系统中验证了其优于相干驱动方法。
2022-11-21 quant-ph
Time-Optimal Universal Control of Two-Level Systems under Strong Driving
我们实验研究了在有限振幅的单个强驱动场下任意单量子比特旋转的时间最优构造。利用金刚石中氮空位中心的辐射修饰态，我们实现了一个强驱动的二能级系统，并获得了四倍于其拉莫尔频率的驱动频率。我们在这个系统上实现了时间最优的通用旋转，使用量子过程层析成像来表征它们的性能，并展示了一个双轴交流磁力测量序列，其脉冲在亚拉莫尔时间尺度上。我们的研究结果为快速量子比特控制和高密度脉冲方案在量子信息处理和量子精密测量领域的应用奠定了基础。
2014-06-09 quant-ph
Three-level superadiabatic quantum driving
通过引入一个额外的哈密顿量，在给定的哈密顿量上产生一个完美的绝热转移的超绝热量子驱动，理论上分析了三能级系统中的转移。我们的出发点是受激拉曼绝热通道，通过不同的激光脉冲方案实现。我们确定每个方案的超绝热修正。讨论了各种超绝热传输方案的保真度、鲁棒性和传输时间。我们推导出所有的超绝热修正都是基于初态和终态之间的$π$ -（或近- $π$）-面积脉冲耦合。协议鲁棒性的好处克服了与三能级超绝热传输的实际实现相关的困难。
2014-02-06 quant-ph
Driving-dependent damping of Rabi oscillations in two-level semiconductor systems
我们提出了一种机制来解释拉比振荡的阻尼与本地化的半导体系统中的驱动脉冲面积增加的性质，并提出了一个一般的方法，描述了一个相干驱动的两能级系统与退相水库相互作用。目前的计算表明，正如实验观察到的那样，水库的非马尔科夫特征导致退相速率对驱动场强度的依赖性。此外，我们已经表明，拉比振荡的阻尼可能会发生由于不同的退相机制的固定和非固定的影响，由于耦合到环境。目前的计算结果与现有的实验测量结果相当吻合。
2007-06-29 quant-ph
Rapid population transfer of a two-level system by a polychromatically driving field
我们提出了一个简单的精确解析解的模型组成的两个能级系统和多色驱动场。它帮助我们实现了从基态到激发态的快速完全布居转移，并且系统可以在激发态保持极长时间的稳定。将该机制与里德伯原子相结合，成功制备了Bell态和多体$W$态，并通过现有的实验参数讨论了实验可行性.最后，简单的精确解析解被推广到一个三能级系统，这导致显着增强的鲁棒性对耗散。
2018-11-10 quant-ph
Shortcuts to adiabaticity by counterdiabatic driving for trapped-ion displacement in phase space
绝热协议在量子技术中的应用受到噪声和退相干环境源的严重限制。通过反绝热驱动的绝热性捷径构成了一个强大的替代方案，它在模拟绝热动力学的同时加快了时间演化。在这里，我们提出了在连续变量系统中的反绝热驱动的第一个实验实施，一个捷径的绝热运输的被困离子在相空间中。由此产生的动力学相当于绝热轨迹的“快速运动视频”。该协议的鲁棒性优于基于经典局部控制和傅立叶优化方法的竞争计划。我们的研究结果表明，绝热性的捷径提供了一个强大的加速量子协议的量子技术的广泛适用性。
2019-07-11 physics.atom-ph quant-ph
Universal Dynamical Response to Slow Driving in Chaotic Systems
Boston University（波士顿大学）
提出基于慢驱动下稳态稳定性的经典与量子混沌统一视角，通过速度-费舍尔信息发散刻画混沌动力学，并关联不可逆熵产生。
2026-09-29 cond-mat.stat-mech nlin.CD quant-ph
Selective darkening of degenerate transitions for implementing quantum controlled-NOT gates
我们提出了一个理论分析的选择性暗化方法实现量子控制非（CNOT）门。我们最近提出并演示的这种方法包括用与两个量子位之一共振的驱动场驱动两个横向耦合的量子位（量子位）。对于两个量子比特感受到的驱动场的特定相对振幅和相位，简并对中的两个跃迁之一变暗，或者换句话说，被有效的选择规则禁止。在这些驱动条件下，双量子位状态的演化实现了CNOT门。门的速度被发现是有限的耦合能量J，这是任何纠缠门的基本速度限制。数值模拟表明，在对应于0.48J和0.07J的门速度下，门保真度分别为99%和99.99%，并且随着门速度的降低而进一步增加。此外，还研究了高能级和弱非谐性的影响，以及该方法对多量子比特系统的可扩展性。我们的结论是，在所有这些方面，这种方法是有竞争力的现有方案产生纠缠，与适用于量子比特在固定频率下工作（无论是通过设计或利用相干甜蜜点），并具有简单的微波操作的附加优势。
2012-07-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Dissipative two-level systems under ultrastrong off-resonant driving
本文研究了当激发场的频率和强度显著超过跃迁频率时，在超强驱动下二能级系统的耗散动力学。我们发现三个性质不同的制度，这样的动力学：1）崩溃和复苏的振荡的人口差异，2）简单的指数衰减的振荡导致其稳定状态的有限振幅，和3）稳态稳定的同等人口水平。这些振荡的衰减率的非单调贝塞尔函数的驱动强度的依赖性也被预测。这种依赖性的特征是由能量弛豫和纯退相的相对速率决定的。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum driving protocols for a two level system: from generalized Landau-Zener sweeps to superadiabatic control
我们目前的实验结果，准备一个所需的量子态在一个两级系统中使用的驱动协议，从广义的线性朗道-齐纳协议，以确保完美的瞬时绝热基态的无跃迁驱动协议的最大可能的保真度。我们还研究了实现目标保真度所需的最短时间，并探索和比较了一些协议对模拟可能的实验不确定性的参数变化的鲁棒性。在我们的实验中，我们使用光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体实现了一个二能级模型系统，但是我们的研究结果应该适用于任何可以用二能级系统近似的量子系统。
2012-11-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Counterdiabatic Optimised Local Driving
绝热协议在各种量子技术中使用，从实现状态准备和作为较大设备的构建块的单独操作，到量子退火和绝热量子计算中的更高级别协议。加速这些过程的问题已经引起了大量的兴趣，导致了一系列的方法，最引人注目的是量子最优控制和绝热性的捷径。这两种方法是互补的：最优控制操纵控制领域，以引导在最小允许的时间内的动态，而绝热性的捷径旨在保持绝热条件后，加速。我们概述了一种新的方法，它结合了这两种方法，并利用各自的优势。新技术改进了近似局部反绝热驱动与时间相关的控制字段的增加。我们将这种新方法称为反绝热优化局部驱动（COLD），我们表明，当应用于退火协议，状态准备方案，纠缠生成和晶格上的人口转移时，它可以导致实质性的改善。我们还展示了一种新的方法来优化控制领域，不需要访问的波函数或系统动力学的计算。COLD可以提高现有的先进的最优控制方法，我们探索这一点，使用斩波随机基础方法和梯度上升脉冲工程。
2022-10-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
High-fidelity quantum driving
精确控制量子系统的能力是现代科学许多领域的基本要求，例如量子信息处理和分子系统的相干操纵。通常需要在尽可能短的时间内实现这些量子操纵，以使退相干最小化，并且具有对控制参数波动的大的稳定性。虽然针对速度优化协议导致以植根于海森堡不确定原理的量子速度极限的形式的自然下限，但是针对参数变化的稳定性通常需要系统的绝热跟随。量子控制的最终目标是以100%的保真度制备所需的状态。在这里，我们实验实现了最佳的控制方案，实现了接近完美的保真度的二能级量子系统实现玻色-爱因斯坦凝聚体在光晶格。通过适当地调整系统参数的时间依赖性，我们通过一个捷径协议将初始量子态转换为所需的最终状态，达到与量子力学定律兼容的最大速度。在相反的限制，我们实现了最近提出的无跃迁超绝热协议，其中系统完全遵循瞬时绝热基态。我们表明，超绝热协议是非常强大的参数变化，使他们在实际应用中很有用。
2011-11-07 cond-mat.soft quant-ph
Counterdiabatic Driving with Performance Guarantees
针对反绝热驱动缺乏性能保证或计算困难的问题，提出一种非变分、与系统无关且指数收敛的CD展开方法，结合有限时间绝热协议扩展至热力学极限，数值证明其优于现有变分方法。
2025-10-31 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Probing the Weak-Driving Quantum Speed Limit via Drift-Aware Shooting Methods
Center for Quantum Nanoscience, Institute for Basic Science（基础科学研究所量子纳米科学中心）；Ewha Womans University（梨花女子大学）；Université de Strasbourg, CNRS, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, UMR 7504（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心，斯特拉斯堡材料物理与化学研究所）
本文提出MAGICARP打靶方法，通过少量参数生成平滑节能脉冲，应用于交换耦合自旋系统，发现弱驱动量子速度极限并给出能量发散的面积极点律。
2026-09-22 math-ph math.MP physics.comp-ph
