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
Realization of an n-qubit controlled-U gate with superconducting quantum interference devices or atoms in cavity QED
提出了一种利用超导量子干涉器件在腔QED中实现$n$量子比特控制的$U$门的方法。在这种方法中，SQUID的两个最低能级代表量子位的两个逻辑状态，而较高能量的中间能级则用于门操作。我们的方法基本上通过创建一个单光子通过控制SQUID之一，然后在目标SQUID上进行任意幺正变换与腔光子的协助下。此外，我们还证明了该方法可以应用于腔QED中的原子量子位实现$n $ %量子位控制的$U$门。
2006-02-01 quant-ph
Probing higher-order transitions through scattering of microwave photons in the ultrastrong-coupling regime of circuit QED
高阶跃迁可以发生在电路QED的超强耦合区，通过由反向旋转相互作用控制的虚拟过程。我们提出了一种可行的方法来探测高阶跃迁通过传播的微波光子入射到混合量子比特腔系统的散射。散射谱中的线形可以反映量子比特与腔之间的相干相互作用，而布居谱中的高阶跃迁可以被识别。我们进一步发现，如果两个量子比特与腔之间的耦合强度被调谐为非对称的，那么具有Fano线型的暗反对称态也可以从散射谱的变化中被检测到。
2018-05-22 quant-ph
Mølmer-Sørensen entangling gate for cavity QED systems
Mølmer-Sørensen门是离子阱量子计算中最先进的纠缠门，其门保真度可达99%以上。在这里，我们提出了一个类似的实现在腔QED的设置。与离子阱中的声子模相比，腔光子模在门中充当玻色子自由度。这是通过利用腔辅助拉曼跃迁互连嵌入在四能级能量结构中的逻辑量子比特状态，使得“反Jaynes-Cummings”（AJC）项在驻波近似下可用。我们确定的不忠的实际来源，并讨论其对门的性能的影响。我们的建议不仅展示了另一种纠缠门方案，但也揭示了新的光离子阱和腔QED之间的关系，在这个意义上说，许多技术开发的前者是转移到后者通过我们的框架。
2017-01-26 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
Proposal for realizing a multiqubit tunable phase gate of one qubit simultaneously controlling n target qubits using cavity QED
提出了一种在腔QED中实现一个量子比特同时控制n个目标量子比特的多量子比特可调相位门的方法。在该方案中，经典脉冲仅与腔外的原子相互作用，从而避免了将脉冲施加到腔内单个原子而不影响同一腔中的其他原子的实验挑战。由于采用一阶大失谐，与使用二阶大失谐相比，门可以快速执行。此外，门操作时间与量子比特的数量无关。该方案具有普遍性，可应用于耦合到谐振腔的各种超导量子比特、耦合到微球腔的NV中心或腔QED中的量子点。
2012-08-14 quant-ph
Hybrid Two-Qubit Gate using Circuit QED System with Triple-Leg Stripline Resonator
我们从理论上提出了一个用三臂带状线谐振器（TSR）实现的电路QED系统。与线性带状线谐振器不同，TSR的基本腔内微波模式是双重简并的。当一个超导量子位被放置在一个TSR腿附近时，一个基模直接耦合到量子位，而另一个保持不耦合。我们的系统非常类似于一个光学腔QED系统，其中一个原子在一个腔耦合到入射光子与特定的偏振放置在前面的光学腔偏振分束器。利用我们的电路QED系统，我们从理论上研究了在由飞行微波量子比特和超导量子比特组成的混合量子比特中的双量子比特量子门操作。我们已经证明，对于混合量子比特，量子控制相位翻转（CPF）门可以可靠地实现实验可用的参数集。
2018-08-08 quant-ph
Analyzing the Toffoli gate in disordered circuit QED
本文研究了量子控制方法在电路QED装置中实现的Toffoli门的非理想性对保真度的影响。在量子比特间的相互作用中引入了噪声。耦合常数不再是固定的;相反，它们围绕平均值波动，服从一些给定的概率密度函数，表征动态不完善的情况。我们还考虑了静态缺陷的情况下，其中的耦合常数的值是不完全已知的。我们得到一个更强大的门，通过修改量子优化问题，使用耦合值的区间上的保真度的加权平均值作为目标函数。
2016-08-01 quant-ph
Fast geometric gate operation of superconducting charge qubits in circuit QED
提出了一种利用一维超导传输线谐振器耦合超导电荷量子比特的方案。量子比特工作在它们的最佳点，在那里它们不受电荷噪声的影响，并且具有很长的退相干时间。对相互作用的动力学时间演化进行了分析，结果表明这种相互作用对谐振腔场的初始状态不敏感。该方案实现了快速门操作，并且易于扩展到多量子位场景。
2011-07-09 quant-ph
Universal controlled-phase gate with cat-state qubits in circuit QED
猫态量子比特（用猫态编码的量子比特）由于其具有量子纠错的增强寿命，最近引起了人们的广泛关注。本文提出了一种通过两个微波谐振器耦合到超导transmon量子阱来实现两个猫态量子比特的通用受控相位门的方法。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。该方案只需要两个基本操作，既不需要经典脉冲，也不需要测量，因此门实现简单。数值模拟表明，用电流电路QED技术实现这种门的高保真度是可行的。该方案具有较强的通用性，可用于实现两个微波谐振腔或两个光学腔耦合到单个三能级自然或人工原子的门。
2017-08-15 quant-ph
Generation of two-mode nonclassical states and a quantum phase gate operation in trapped ion cavity QED
我们提出了一个产生量子系统非经典态的方案，该系统由一维囚禁离子运动和单腔场模组成。我们证明了双模SU（2）薛定谔猫态、纠缠相干态、双模压缩真空态及其叠加态的产生。如果用振动模和腔模分别表示一个量子比特，就可以实现量子相位门。
2002-04-13 quant-ph
Possible realization of entanglement, logical gates and quantum information transfer with superconducting-quantum-interference-device qubits in cavity QED
我们提出了一个方案，通过将超导量子干涉器件（SQUID）放置在微波腔中，实现两个量子比特的最大纠缠态、受控相移门和SWAP门。我们还展示了如何将量子信息从一个SQUID量子比特转移到另一个SQUID量子比特。该方案不需要在SQUID和腔之间传递量子信息，只需要虚激励腔场，从而大大放宽了对腔的品质因数的要求。
2014-03-17 quant-ph
A simple, robust, and scalable quantum logic gate with quantum dot cavity QED systems
我们提出了一种方法来制定一个确定性的，测量免费的，光学产生的控制相位门上的两个量子比特定义的单电子被困在大面积量子点在一个平面微腔。该方法对光学量子点的不均匀性具有鲁棒性，仅需要一个适度的$Q$平面腔，仅使用单个激光脉冲，并且允许在一个半导体芯片上集成许多纠缠量子比特。我们提出的门的绝热演化和几何相位的上下文中，并计算性能的退化中存在的自发发射和腔损耗。
2009-10-26 quant-ph
Quantum-control approach to realizing a Toffoli gate in circuit QED
我们研究了用量子控制方法在电路QED系统中实现超导量子比特的Toffoli门。从优化的分段恒定控制场作用于所有量子位和量子位之间XY型耦合的典型强度开始，我们证明了最佳门的性能只受到具有微波驱动的典型截止频率的这些场的“低通”滤波的轻微影响。将我们自己限制在控制场幅度的范围内，对于该范围，物理量子比特的非计算状态的泄漏被严重抑制，我们理论上预测，在没有退相干和泄漏的情况下，在75 ns内可以实现Toffoli门，其本征结晶度高于90%，而结晶度高于99%可以在大约140 ns内达到。
2012-01-28 quant-ph
Quantum gates utilizing dark and bright states in open dissipative cavity QED
本文提出基于单光子与开放耗散纳米腔中量子发射体系综相互作用的量子门形式体系，利用亮暗态动力学操控光子偏振态。
2024-03-15 quant-ph
Implementation of quantum gates and preparation of entangled states in cavity QED with cold trapped ions
提出了一种在单模光腔中利用冷囚禁离子实现量子计算基本门和制备纠缠态的方案。一般的量子计算可以用囚禁离子的运动态和腔态作为量子比特来实现。我们也可以在这样的系统中产生不同种类的纠缠态而不需要态约减，并且可以将量子态从一个阱中的离子转移到另一个阱中的离子。实现我们的计划的实验要求进行了讨论。
2002-07-29 quant-ph
Simplify proposal for realizing multiqubit tunable phase gate in circuit QED
我们提出了一个在电路QED中实现多量子比特可调相位门的方案，其中两个谐振器，每个谐振器与一个量子点耦合，并与一个公共量子点互连（d=4）。在这个方案中，每个量子点只有两个层次作为逻辑状态，另外两个层次用于门的实现。该方案简单有效，因为无论涉及多少量子，都只需要一个经典的微波脉冲，这大大降低了实验难度。在非共振条件下，可调谐相位门可以很容易地实现，而在共振条件下，由于共振相互作用，经过一个完整周期的拉比振荡后，可以实现π相位门。我们已经表明，由此产生的有效动态允许创建一个高保真相位门。研究了谐振腔模的衰减和量子态的弛豫等各种退相干过程的影响。此外，所提出的方案可以很容易地推广到实现N量子比特相位门。
2017-06-24 quant-ph
Efficient scheme for quantum entanglement, quantum information transfer, and quantum gate with three-level SQUID qubits in cavity QED
提出了一种利用超导量子干涉器件（SQUID）量子比特在腔QED中实现量子纠缠、量子信息传输和一组通用量子门的新方案。在该方案中，量子比特的两个逻辑状态是SQUID的两个最低级别。SQUID的中间级用于促进量子位的量子态的相干控制和操纵。本文提出的方法在操作过程中不会产生有限的中间能级粒子数或腔光子数。这样，由于中间能级的自发衰变引起的退相干被最小化，并且对腔的品质因数的要求被大大放宽。
2003-07-25 quant-ph
A proposal for implementing an n-qubit controlled-rotation gate with three-level superconducting qubit systems in cavity QED
提出了一种在腔QED中利用三能级超导量子比特系统实现n量子比特受控旋转门的方法。量子位的两个逻辑状态由每个系统的两个最低能级表示，而较高的能级用于门实现。该方法基本上通过准备以控制量子位的状态为条件的$W$状态，在腔模式中创建单个光子，然后在腔光子的帮助下对目标量子位的状态执行任意旋转来操作。值得注意的是，用于实现所提出的门的基本操作步骤不随着量子位的数量$n$而增加，并且门操作时间随着量子位的数量增加而减少。该方案具有一定的通用性，可应用于腔体中或耦合到谐振器的各种类型的超导器件。
2011-05-08 quant-ph
Circuit QED: Implementation of the three-qubit refined Deutsch-Jozsa quantum algorithm
我们提出了一个协议，通过使用单量子位$σ_z$门，双量子位控制的相位门，和双目标量子位控制的相位门来构建35个$f$控制的相位门的三量子位精化Deutsch-Jozsa（DJ）算法。利用该协议，我们讨论了如何实现三量子比特的精化DJ算法，超导transmon量子共振耦合到一个单一的腔。我们的数值计算表明，这种量子算法的实现是可行的，在目前的电路QED技术。该算法的实验实现将是电路QED向更复杂量子计算迈出的重要一步。
2014-10-12 quant-ph
Cavity QED quantum phase gates for a single longitudinal mode of the intracavity field
利用高Q腔的纵模驱动单个三能级原子实现了腔内光场的双量子位量子相位门。这两个量子比特与场的两个相反的圆偏振态中的每一个的零光子和单光子Fock态相关联。当两个偏振态与原子以$V$型组态相互作用并满足双光子共振条件时，三能级原子产生条件相位门。微波和光学的实现进行了讨论与门的性能进行评估，对几个退相干机制，如原子速度波动或存在一个弱磁场。利用相干态的两个偏振态的研究，以评估拟议的量子门的纠缠能力。
2004-07-29 quant-ph
Encoded Universality of Quantum Computations on the Multi-Atomic Ensembles in the QED Cavity
我们提出了一组有效的基本量子门，它们提供了一种编码的普适性，并证明了这些量子门用于基于QED腔中多原子系统的固态量子计算机的物理可行性。我们使用双量子比特编码和交换操作来简化通用量子计算的物理实现，并增加对一些错误的免疫力。这种方法允许通过三个基本门来实现任何编码的单量子位操作，并且编码的受控非操作可以在单个步骤中执行。对于实现一些常用的受控门也显示出相当大的优势。
2011-09-01 quant-ph
Cavity QED implementation of non-adiabatic holonomies for universal quantum gates in decoherence-free subspaces with nitrogen-vacancy centers
提出了一种在无消相干子空间中实现非绝热完整量子计算的腔QED方案，其中氮空位中心与微球腔的回音壁模共耦合，在微球腔中的量子比特上可以实现一组通用的量子门.在我们的实现中，在适当的驱动场的辅助下，量子演化对仅虚激发的腔场态不敏感。利用氮空位中心的Λ型三能级构型中的光学跃迁，所实现的非绝热完整性可以用于在编码的逻辑量子比特上构造通用的量子门集合。因此，我们的方案开辟了在具有长相干时间的固态自旋上实现具有腔辅助相互作用的普适完整量子计算的可能性。
2015-05-20 quant-ph
Efficient ion-photon qubit SWAP gate in realistic ion cavity-QED systems without strong coupling
本文提出了一种基于171 Yb+、40 Ca+和138 Ba+离子的腔QED系统的确定性离子-光子量子比特交换方案，即SWAP门。门也可以作为一个单光子量子存储器，其中一个传出的光子预示着传入的光子量子比特的成功到达。虽然强耦合，即单光子拉比频率是系统中最快的速率，通常被认为是必不可少的，这种门（类似于Duan-Kimble C相位门）只需要Purcell增强，即高单原子协同性。因此，它不需要小的模体积腔，由于难以将离子捕获在电介质表面附近，所以小的模体积腔难以与离子结合。相反，更大的腔，潜在地与阱装置更兼容，是足够的，只要它们的数值孔径足够高以在离子的位置处维持小的模式面积。我们定义了门操作的最佳参数，并模拟了预期的性能和效率，证明了有效的光子-离子量子比特交换，可扩展量子计算的一个有价值的构建块，实际上是可以实现的与当前的实验能力。
2020-04-09 quant-ph
Construction of controlled-NOT gate based on microwave-activated phase (MAP) gate in two transmon system
我们在实验上构造了一个三维腔中两个超导transmon量子比特之间的受控非门的全微波方案。我们的cNOT门是基于微波激活相位（MAP）门，这需要一个额外的过程来补偿MAP门操作期间的累积相位。我们利用微波双曲正割脉冲在两个具有适当旋转角的量子比特上应用Z轴相位门，并通过两个量子比特的量子过程层析成像（QPT）来评估所构建的cNOT门的门性能。最后，我们提出了使用cNOT门的Deutsch-Jozsa算法的实验实现。
2018-08-11 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
Microwave Photon Detector in Circuit QED
量子光学光电探测在理解辐射-物质相互作用中占据了核心地位。它还促进了原子物理学和量子光学的发展，包括计量学，光谱学和量子信息处理的应用。量子微波机制，最初探索使用腔和原子，是看到一个新的推动与电路量子电动力学（QED）的非经典传播场的产生。这一前景广阔的领域涉及利用微波光子的量子信息的潜在发展，但由于缺乏光电探测器而受到影响。在这里，我们设计了一个超材料组成的离散超导元件，实现了高效率的微波光子探测器。我们的设计包括一个微波波导耦合到一个亚稳态量子线路阵列，其内部状态是不可逆的改变，由于光子的吸收。该方案可广泛应用于不同的物理系统，并可推广到微波光子计数器的实现。
2009-04-12 cond-mat.mes-hall 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
Optimal cavity design for minimizing errors in cavity-QED-based atom-photon entangling gates with finite temporal duration
该研究针对有限光子脉冲时长下基于腔QED的原子-光子纠缠门误差问题，解析推导了可同时最小化光子损耗与时间模式失配误差的腔参数关系，还通过数值模拟研究了短脉冲下的脉冲畸变影响，首次提出腔存在最优长度，为量子信息处理实现提供指导。
2025-01-19 quant-ph
Multi-Qubit Gate with Trapped Ions for Microwave and Laser-Based Implementation
提出了一种基于修饰态的相位门和Mølmer-Sørensen（MS）门的设计方案。为了实现多量子比特的相互作用，需要强磁场梯度来将声子总线耦合到量子比特态。使用谐振微波驱动场连同射频（RF）驱动场或附加的失谐微波驱动场来执行门。该门是鲁棒的环境磁场波动，由于所施加的谐振微波驱动场。此外，该门对微波拉比频率的波动是鲁棒的，并且由于共振RF或失谐的微波驱动场而与声子退相解耦。这使得这种新的门的高保真微波为基础的多量子比特门的实施有吸引力的候选人。该建议也可以在基于激光的装置中实现。
2015-04-12 quant-ph
Charge-Qubit-Resonator-Interface-Based Nonlinear Circuit QED
本文探讨了电荷量子比特与微波LC谐振腔感应耦合的非线性电路QED在光子工程和超强耦合多光子量子光学中的应用。简单地扫描栅压偏置就可以实现任意的Fock态脉冲脉塞，其中单个量子比特起着人工增益介质的作用。共振泵浦参量量子比特-谐振腔界面导致谐振腔场的压缩，这对量子限幅微波放大是有用的。此外，在自由驱动系统的稳态下，可以观察到向上和向下的多光子量子跃迁。
2018-09-18 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
Transferring entangled states of photonic cat-state qubits in circuit QED
提出了一种将两个光子猫态量子比特（cqubit）的量子纠缠态从两个微波腔转移到另外两个微波腔的方法。这一方案是用四个微波谐振腔耦合到一个超导磁通量子阱来实现的。由于采用了四个不同频率的谐振腔，腔间串扰显著降低。由于仅使用一个耦合器qut，电路资源被最小化。纠缠转移只需一步操作，因此该方案非常简单。在态转移过程中，耦合器qutrit的第三能级没有被填充，因此从较高能级的退相干被大大抑制。数值模拟结果表明，利用电流电路QED技术实现两个cqubit纠缠态从两个传输线谐振器到另外两个传输线谐振器的高保真传输是可行的.该方案具有普适性，可以在广泛的物理系统中实现同样的任务，例如四个微波或光学腔，它们耦合到一个自然或人工三能级原子。
2020-03-31 quant-ph
Qubit-Boson Hybrid Beam-Splitter Gate with Kerr Nonlinearity in Circuit QED for Many-Body Dynamics
C12 Quantum Electronics（C12量子电子学）；Aix Marseille Univ, CNRS, LIS（艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、信号处理实验室）；Institut Universitaire de France（法兰西学院）
研究在电路量子电动力学中引入含克尔非线性的量子比特-玻色子混合分束器门，从cQED模型推导相互作用并获解析表达式，以碳纳米管电路QED为平台模拟验证，该混合原语为多体动力学提供构建块及新联系。
2026-07-13 quant-ph
Cavity QED and Quantum Computation in the Weak Coupling Regime II : Complete Construction of the Controlled-Controlled NOT Gate
本文讨论腔QED量子计算。即考虑了一个基于激光冷却和线性囚禁在腔中的n个原子的量子计算模型，并将其实现为n个原子与n个外场相互作用的Tavis-Cummings哈密顿量。在弱耦合区求解模型的Schr{\”o}dinger方程，构造了n=2时的受控非门，利用几个共振条件和相应的旋波近似构造了n=3时的受控-受控非门.我们还提出了构造一般量子线路的设想。该方法比文献[K.藤井，东田，加藤和田，弱耦合区的腔QED和量子计算，J. Opt. B：量子半类。Op.{ \bf 6}（2004），502]。我们的方法不是启发式的，而是完全数学的，并且显著的特征是基于拉比振荡的一致使用。
2005-01-11 quant-ph
Robust and resource-efficient microwave near-field entangling $^9$Be$^+$ gate
微波俘获离子量子逻辑门避免了作为退相干的基本源的自发发射。然而，微波双量子比特门仍然比激光诱导门慢，因此对运动模式频率的波动和噪声更敏感。我们提出并实现了幅度整形门驱动器，以获得弹性，这样的频率变化，而不增加每个门操作的脉冲能量。我们证明了噪声注入期间的两个量子比特纠缠门与$^9$的$^+$离子量子比特的弹性。在没有注入噪声的情况下，幅度调制在$10^{-3}$范围内给出操作失真。
2019-11-10 quant-ph
Realizing an $n$-target-qubit controlled phase gate in cavity QED: An approach without classical pulses
提出了一种利用腔QED中的原子实现多量子比特受控相位门的方法，即一个量子比特同时控制$n$目标量子比特。在该方案中，在整个门操作期间不需要使用经典脉冲。选通操作时间仅按$\sqrt{n}$缩放，因此与一次一个地发送原子通过腔相比，选通可以更快地执行。此外，实现该$n$ -目标-量子位控制相位门仅需要三个操作步骤。该方案具有很强的普适性，可以应用于其他物理系统，如耦合到谐振腔的超导量子比特、耦合到微球腔的NV中心或腔QED中的量子点。
2012-12-13 cond-mat.supr-con quant-ph
One-step implementation of a hybrid Fredkin gate with quantum memories and single superconducting qubit in circuit QED and its applications
在最近的一次实验中[R。B. Patel等人，Science Advances 2，e1501531（2016）]，3-qubit量子Fredkin（即，控制SWAP）门的演示，通过使用线性光学。利用超导量子线路中的色散相互作用，提出了一种简单的实验方案，以超导磁通量子位为控制量子位，以两个分离的量子存储器为目标量子位，实现混合Fredkin门.本文所研究的量子存储器是用超导共面波导谐振器或氮空位中心系综制备的。特别是，它示出，该Fredkin门可以实现使用一个单步操作，更重要的是，每个目标qudit可以在任意状态与任意自由度。此外，该实验方案在量子计算和量子信息处理中具有潜在的应用价值，如产生两个存储器的任意纠缠态（离散变量态或连续变量态），测量两个存储器的保真度和纠缠度等.利用电路QED技术，数值模拟证明了双记忆NOON态、纠缠相干态和纠缠猫态的有效合成。
2018-02-28 quant-ph
Perfect Microwave Photodetection in Circuit QED
在这项工作中，我们提出了一个微波光子探测器，成功地达到100%的效率，只有一个吸收。我们的设计包括一个亚稳态的量子线路耦合到一个半无限的传输线，执行高效的光电探测在一个简化的方式相比，以前的建议。我们广泛地研究了现实的波包对这个设备的散射特性，从而计算检测器的效率。我们发现，该探测器有许多工作模式，可以检测失谐光子，是强大的设计缺陷，并可以通过使用一个以上的吸收元件的设计宽带。
2010-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit QED flip-flop memory with all-microwave switching
我们提出了一个理论上的建议，微波驱动电路组成的超导谐振器和量子比特，表现出一个稳定的行为，我们提出了一个简单的机制，允许单光子或少光子微波脉冲作为设置和重置信号，切换电路之间的稳定模式。由此产生的系统构成了一个超低能量的设置复位触发器，我们表明，它的记忆寿命远远超过存储在其任何单独的组件的状态的寿命。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Deterministic generation of Greenberger-Horne-Zeilinger entangled states of cat-state qubits in circuit QED
提出了一种利用电路QED产生三个猫态量子比特的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态的有效方法。GHZ态是用三个微波腔耦合到一个超导transmon量子阱制备的。由于量子点在工作过程中保持在基态，量子点的能量弛豫和退相引起的退相干被大大抑制。GHZ状态是确定性创建的，因为不涉及测量。数值模拟表明，利用现有的电路QED技术，高保真地产生三个量子比特的GHZ态是可行的。这个提议可以很容易地扩展到创建一个$N$ -cqubit GHZ态（$N\geq 3$），其中$N$微波或光学腔耦合到一个自然的或人造的三能级原子。
2019-10-18 quant-ph
Requirements for fault-tolerant quantum computation with cavity-QED-based atom-atom gates mediated by a photon with a finite pulse length
分析了基于有限脉冲光子的腔量子电动力学（cQED）的原子-原子门容错量子计算的要求。对于短光子脉冲，从cQED系统反射的脉冲的扭曲形状是严重的误差源。我们优化cQED系统参数，以最小化由于形状失真和光子损失造成的不保真度，以平衡的方式用于使用概率门的容错方案[H. Goto和K。Ichimura，Phys.Rev.A80，040303（R）（2009）]。与传统的只考虑光子损失而不考虑形状畸变的优化方法相比，我们的优化方法在某些参数区域大大放宽了对容错量子计算的要求[H. Goto和K。Ichimura，Phys.Rev.A82，032311（2010）]。最后，我们表明，减少腔的长度是一个有效的方法来减少这种类型的门在短光子脉冲的情况下的错误。
2021-10-08 quant-ph
Entangled States Generated via Two Superconducting Quantum Interference Devices(SQUIDs) in cavity QED
提出了一种利用微波脉冲在热腔中产生两个超导量子干涉器件纠缠态的方案。
2006-01-21 quant-ph
Efficient generation of entangled photons by cavity QED
在腔量子电动力学（QED）的背景下，提出了一个产生完整纠缠光子集的势方案。该方案包括原子与腔的两次相互作用，第一次作用在双模光学腔中进行，第二次作用在微波腔中进行。在光腔中，原子与腔模共振，而原子与微波腔单模的失谐相互作用受经典场驱动。我们表明，我们的计划进行了更高的效率比以前的计划，并接近目前的技术。
2006-07-14 quant-ph
Control and mitigation of microwave crosstalk effect with superconducting qubits
提高门的性能对于可扩展的量子计算至关重要。通用的量子计算也要求门的保真度达到很高的水平。对于工作在微波波段的超导量子处理器，通常采用微波驱动来实现单比特量子门。微波脉冲之间的串扰是不可忽略的误差源。在这篇文章中，我们提出了一个错误缓解方案来解决单量子比特门的串扰问题。我们的方法有三个步骤。首先，通过控制量子比特之间的失谐量，可以将微波引起的经典串扰误差限制在计算子空间内。其次，通过应用一般的分解过程，任意的单比特量子门可以被分解为$\sqrt{X}$和虚拟Z门的序列。最后，通过优化虚拟Z门中的参数，可以校正计算空间中的误差约束。该方法不需要额外的补偿信号，不会延长任意单比特量子门的时间，同时也不会增加包含多个单比特量子门的电路深度.模拟结果表明，在特定的量子比特-量子比特失谐范围内，同时单量子比特门的不相干性可以达到无微波串扰时的最低水平。
2022-11-07 quant-ph
Hybrid Microwave Radiation Patterns for High-Fidelity Quantum Gates with Trapped Ions
我们提出了一种方法，结合连续和脉冲微波辐射模式，以实现强大的超精细囚禁离子之间的相互作用放置在磁场梯度。更具体地说，我们的计划显示连续微波驱动调制相位，相位翻转，和$π$脉冲。这导致高保真纠缠门，其对磁场波动、微波幅度变化和串扰效应具有弹性。我们的协议运行与任意值的微波功率，其中包括技术相关的情况下，低微波强度。我们证明了我们的方法的性能与详细的数值模拟，考虑到退相干的主要来源。
2020-03-03 quant-ph
Ultrafast Quantum Gates in Circuit QED
我们提出了一种实现超快双量子比特门的方法，该方法适用于光-物质相互作用的超强耦合（USC）和深强耦合（DSC）机制，考虑到最先进的电路量子电动力学（QED）技术。我们的建议包括一个合适的量子位架构，并基于腔内模式的四步顺序位移，在与谐振器频率的倒数成比例的时间操作。通过从头计算，我们表明，这些量子门可以在亚纳秒的时间尺度上进行，同时保持保真度超过99%。
2012-02-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Active interference suppression in frequency-division-multiplexed quantum gates via off-resonant microwave tones
Toyota Central R&D Labs., Inc.（丰田中央研究所）
针对频分复用量子门中离共振微波音调引起的干扰，提出主动干扰抑制方法，通过引入离共振正交或准正交音调使门保真度随音调数平方反比提升，并优化频率分配缓解快速振荡导致的保真度下降。
2026-06-24 quant-ph
Unconventional geometric quantum phase gates with a cavity QED system
我们提出了一种利用腔中原子的非常规几何相移实现双量子比特量子相位门的方案。在该方案中，原子同时与一个高失谐腔模和一个经典场相互作用。原子在门操作期间不经历跃迁，而腔模在相空间中沿圆周移动，获得以原子状态为条件的几何相位。在一定条件下，原子与腔模的纠缠被解除，因此门对原子自发发射和腔衰减都不敏感。
2012-02-24 physics.optics quant-ph
Many-qubit network employing cavity QED in a decoherence-free subspace
通过在无消相干子空间中对量子比特进行编码，提出了一种基于腔QED的多量子比特网络，并在此基础上利用单光子脉冲与腔辅助相互作用实现了多逻辑量子比特条件门。该方案不仅能抵抗集体失相错误，而且与传统方法相比，大大减少了实现步骤，并且可以完成任意两个节点之间的通信。我们通过实现一个三逻辑量子比特Toffoli门来展示细节，并基于目前可实现的腔QED技术探索实验可行性和挑战。
2008-07-10 quant-ph
High-fidelity $\sqrt{i\text{SWAP}}$ gates using a fixed coupler driven by two microwave pulses
提出一种微波控制协议，通过向固定频率transmon耦合器施加两个微波脉冲诱导量子比特间相互作用，在两种架构下实现了高保真$\sqrt{i\text{SWAP}}$门。
2024-04-27 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
Strategies and trade-offs for controllability and memory time of ultra-high-quality microwave cavities in circuit QED
针对三维超高品质微波腔因大模式体积导致控制效率低且易受反向 Purcell 效应影响的问题，提出利用最先进的 transmon 和 SNAIL 器件实现秒级寿命腔体高效读写与存储的协议及路线图。
2024-03-23 quant-ph
Realizing Quantum Controlled Phase Flip through Cavity-QED
提出了一种通过单光子脉冲与微球腔中的稀土离子相互作用实现量子控制相位翻转的方案。数值模拟结果表明，离子间CPF门具有很强的鲁棒性和可扩展性，具有极高的保真度和低的错误率。该方案比以往基于实验室腔QED技术提出的方案更适用，有可能在未来的量子计算和量子通信中作为一种实用的单位门。
2004-08-05 quant-ph
