Silicon-Germanium Heterostructures with Enhanced Valley Splitting for Spin Qubits
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University at Buffalo, SUNY（纽约州立大学布法罗分校）
研究旨在增强硅锗异质结构的谷分裂以用于自旋量子比特。通过结合一维紧束缚理论的器件尺度模拟及非传统设计方法，将谷分裂推至1到5毫电子伏特，为可扩展硅/硅锗自旋量子比特器件发展提供路径，有望解决谷分裂问题。
2026-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-Based Initialization and Fidelity in Correlated Open Quantum Systems
提出一个通用框架，通过门操作初始化开放量子系统，揭示门保真度中的自旋回波式误差抑制机制，并证明超快脉冲可引发长寿命激子相干性。
2025-09-25 quant-ph
Work extraction from long-lived quantum coherence of a three-level system
School of Physics, Xi'an Jiaotong University（西安交通大学物理学院）；MOE Key Laboratory for Non-equilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter（教育部凝聚态物质非平衡合成与调制重点实验室）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本研究分析三能级系统通过偶极-单极相互作用与热浴耦合时，利用长寿命量子相干性进行功提取的方案，识别持续相干性条件，设计两种能量守恒幺正协议将相干性转化为粒子数不对称性，并提出优化协议在单次循环中提取最大可做功，突显相干性热力学优势。
2026-11-03 quant-ph
Hyper-acceleration of quantum thermalization dynamics by bypassing long-lived coherences: An analytical treatment
本文提出一种以小能隙为微扰参数的解析方法，用于求解马尔可夫量子耗散动力学，并据此展示通过精心制备初态相干来绕过长寿命相干、实现量子热化超指数加速的姆潘巴类效应。
2023-06-27 quant-ph
Correlation-Enabled Beatings in Two-Dimensional Electronic Spectroscopy
School of Physics, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物理学院）
本研究提出通过超快控制和相关性驱动机制，实现二维电子光谱中长寿命拍频的持续相干特征。
2026-02-03 quant-ph
Reducing quantum measurements in qubit-based overlapping grouping methods for quantum energy estimation through better initializations
McMaster University（麦克马斯特大学）
研究通过更好初始化减少量子能量估计中测量成本，提出方差感知排序插入（VarSI）方法，利用协方差字典构建更好非重叠组，有三个变体，经分子基准测试效果良好。
2026-09-11 quant-ph
Long-lived quantum coherences in a V-type system strongly driven by a thermal environment
我们探讨了一个三能级V-系统与热浴相互作用的相干动力学，在该制度中，热激发发生得比自发衰变快得多。给出了Bloch-Redfield量子主方程的解析解，结果表明，强非相干泵浦可以在V-系统的激发态之间产生长寿命的量子相干性，其中$Δ/(\bar{n}γ)<f(p)$是激发态能级分裂，$γ$是自发衰变率，$\bar{n}\gg 1$是与泵浦强度成正比的有效光子占据数，并且$f(p)$是跃迁偶极子排列参数$p$的通用函数。在近平行跃迁偶极子（$p\to 1$）的极限中，相干寿命$τ_c = 1.34 (\bar{n}/γ) (Δ/γ)^{-2}$与$\bar{n}$成线性比例，并且相对于弱泵浦极限被因子$0.67 \bar{n}$增强[Phys. Rev. Lett. 113，113601（2014）; J. Chem. Phys. 144，244108（2016）]。我们还建立了长寿命的准定态的存在，它发生在过阻尼制度和影响的过程中的热化的V-系统与浴，减缓接近热平衡。在非平行跃迁偶极矩（$p<1$）的情况下，没有准定态形成，相干寿命急剧下降。我们的结果揭示了新的制度的长寿命量子相干动力学，这可以观察到在热驱动的原子和分子系统。
2017-12-13 physics.atom-ph quant-ph
Atomic frequency comb memory with spin wave storage in 153Eu3+:Y2SiO5
153 Eu 3+：Y2 SiO 5是一种非常有吸引力的候选者，因为它具有长的自旋相干时间（~15 ms）、相对大的超精细分裂（100 MHz）和窄的光学均匀线宽（~100 Hz），因此可以作为长寿命、多模量子存储器的候选者。在这里，我们展示了一个原子频率梳存储器与自旋波存储在一个有前途的材料153 Eu 3+：Y2 SiO 5，达到存储时间略超过10 μs。我们还测量了153 Eu ~（3+）：Y_2SiO_5的非均匀自旋线宽，发现其为69 \pm 3 kHz。这些结果代表了实现长寿命多模固态量子存储器的又一步。
2012-02-20 quant-ph
Quantum control of a spin qubit coupled to a photonic crystal cavity
量子网络的一个关键组成部分是静止量子比特和光子之间的接口，光子充当相互作用和通信的飞行量子比特。光子晶体架构是增强光与固态量子位耦合的有前途的平台。量子点可以集成到光子晶体中，光学跃迁耦合到光子和自旋态，形成长寿命的量子存储器。许多研究人员现在已经成功地将这些发射器耦合到光子晶体腔中，但是还没有在这种环境中演示功能性自旋量子比特和量子门。我们发展了一个耦合腔-量子点系统，在该系统中，量子点被可控地加载了一个单电子，利用激光脉冲实现了单电子自旋量子比特的初始化、旋转和测量，发现腔可以显著地改善这些过程。
2012-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Resolution Correlation Spectroscopy of 13C Spins Near a Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
包含氮空位（NV）中心和相邻自旋的自旋复合物被认为是新一代自旋电子学和量子信息处理器件的构建块。由于组装相同的自旋团簇是困难的，新的策略是为了以最高的精度确定单个节点结构。在这里，我们使用的脉冲协议来监测的NV中心附近的13 C合奏的时间演化。我们观察到长寿命的时间相关性的核自旋动力学，有限的NV自旋晶格弛豫。我们使用主机14 N自旋作为量子寄存器，并证明在适当的NV初始化后可以分离超精细位移共振。有趣的是，我们发现相关信号的幅度表现出对所施加的磁场的急剧依赖。我们讨论了这一观察的背景下，最近提出的量子到经典的过渡，以解释场依赖的自旋团簇动力学。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived quantum coherent dynamics of a $Λ$-system driven by a thermal environment
我们提出了一个三能级$Λ$系统的量子相干动力学的理论研究驱动的热环境（如黑体辐射），这是一个重要的构建模块的光合捕光模型和量子热引擎。通过求解非久期Bloch-Redfield主方程，我们得到了基态粒子数和相干动力学的解析结果，并根据$Δ/[r f(p)]$之比大于或小于1，将非相干驱动$Λ$ -系统的动力学区域分为欠阻尼和过阻尼，其中$Δ$是基态能量分裂，$r$是非相干泵浦率，并且$f(p)$是跃迁偶极子排列参数$p$的函数。在欠阻尼制度，我们观察到长寿命的相干动力学，持续$τ_c\simeq 1/r$，即使初始状态的$Λ$ -系统包含没有相干的能量基础。在过阻尼制度的$p = 1$，我们观察到的相干准稳态的出现与寿命$τ_{c} = 1.34 (r/Δ^{2})$，这有较低的冯诺依曼熵相比，传统的热态。我们提出了一个实验方案，观察噪声诱导的相干动力学亚稳He $^*$原子驱动的x偏振非相干光。我们的研究结果表明，热激发可以产生实验观察到的长寿命量子相干动力学的原子和分子$Λ$系统的基态子空间中的相干驱动的情况下。
2022-10-14 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Singlet-triplet oscillations in multivalley Si double quantum dots
Institute of Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院物理研究所）；JARA-FIT Institute for Quantum Information, Forschungszentrum Jülich GmbH and RWTH Aachen University（亚琛联合研究设施量子信息研究所（Forschungszentrum Jülich GmbH）和亚琛工业大学）；QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech 和卡弗里纳米科学研究所）
研究多谷Si双量子点中电荷分离与单重态-三重态混合过程，分析单重态返回概率表达式，并探讨磁共振对单重态返回振荡的影响。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent properties of single rare-earth spin qubits
稀土掺杂晶体是光信息量子存储的优良硬件。这些材料的附加功能通过它们的波导特性增加，从而允许片上光子网络。然而，稀土单自旋量子比特的检测和相干特性迄今尚未得到证实。在这里，我们提出的高保真光学初始化，有效的相干操作，和单电子自旋的Ce $^{3+}$离子在YAG晶体的光学读出的实验结果。在动态去耦，自旋相干寿命达到$T_2$ =2毫秒，几乎是有限的测量的自旋-晶格弛豫时间$T_1$ =3.8毫秒。强超精细耦合铝核自旋表明，铈电子自旋可以利用光子和长寿命核自旋记忆之间的接口。结合Ce $^{3+}$发射的高亮度和从主体材料中创建光子电路的可能性，这使得铈自旋成为集成量子光子学的有趣选择。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast and high-fidelity state preparation and measurement in triple-quantum-dot spin qubits
该研究在Si/SiGe三量子点自旋量子比特中实现了快速高保真度的态制备与测量，通过全电学控制达到2.5×10⁻³的不保真度，为可扩展量子计算奠定基础。
2022-01-28 quant-ph
Width bifurcation and dynamical phase transitions in open quantum systems
开放量子系统的态通过散射波函数的环境耦合。系统与环境之间的复杂耦合系数$ω$由主值积分和残差产生。在共振态重叠的高水平密度下，系统的动力学由例外点决定。在这些点上，两个态的本征值相等，相应的本征函数线性相关。研究表明，在异常点附近，Im $(ω)$和Re $(ω)$对体系性质的影响是不同的。通过参数控制系统，本征值避免在Re $(ω)$的影响下在异常点附近的能量交叉，其方式与从离散状态已知的方式类似。然而，Im $(ω)$导致宽度分叉，并且最终（当系统耦合到一个通道时，即耦合到散射波函数的公共连续体时）导致系统分裂成具有不同特征时间尺度的两个部分。物理上，由于大多数（$N-1$）态的寿命比以前长，而只有一个态的寿命比以前短，因此系统通过这种分裂而稳定。在截面中，短寿命态在高分辨率实验中作为背景项出现。长寿命态的波函数在很大的参数范围内与原态的波函数混合。本征值和本征函数的数值结果示出了$N=2, ~4$和10个状态主要耦合到1个通道。
2013-03-26 quant-ph
Single-photon-level light storage in cold atoms using the Autler-Townes splitting protocol
实现光子量子态长寿命存储的宽带自旋光子界面是量子信息技术的关键。然而，由于由强电磁场控制的存储和调用过程中的技术和/或基本限制引起的光子噪声，这种存储器在量子机制中的可靠操作是具有挑战性的。在这里，我们实验实现了单光子级的自旋波存储器在激光冷却的铷气体，最近提出的Autler-Townes分裂（ATS）协议的基础上。我们展示了存储20 ns长的激光脉冲，每个包含平均0.1个光子，为200 ns的效率为$12.5\%$和信噪比超过30。值得注意的是，ATS自旋波存储器对运动失相的鲁棒性允许对控制场噪声进行全空间滤波，产生$3.3\times10^{-4}$的超低无条件噪声概率，而没有频谱滤波的复杂性。这些结果强调了超冷原子中的宽带ATS存储器是存储量子光的一个卓越选择。
2019-05-14 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Spatial multiplexing of squeezed light by coherence diffusion
由于在光束分裂期间的噪声污染，原则上禁止空间分裂非经典光束。提出了一种利用原子热运动实现压缩光空间复用的平台。在抗弛豫涂覆的蒸气室中的单独空间模式的光通道共享由所有通道通过原子的相干扩散共同创建的相同的长寿命原子相干性，这反过来增强了负责光压缩的单个通道的非线性过程。因此，即使激光功率低于压缩光产生的阈值，它也表现为一个光通道中的压缩光传输到其他远距离通道。利用低功率激光$\sim\text{mW}$产生了压缩光束阵列。这种方法在多节点量子网络和量子增强技术（如量子成像和传感）中具有很大的应用前景。
2018-12-20 quant-ph
Quantum optics with single spins
固体中的缺陷在许多方面类似于被俘获的原子或分子。它们可以作为长寿命的量子存储器和有效的光-物质界面。因此，它们是长距离量子网络和分布式量子计算机的主要构建模块。本章以金刚石氮空位（NV）中心为范例，描述类原子自旋态与光之间的量子力学耦合。我们提出了一个概述的NV中心的电子结构，推导出相干光-物质相互作用的一般图片，并描述了几种方法，可用于实现全光初始化，量子相干控制，和读出固态自旋。这些技术可以很容易地推广到其他缺陷系统，并且它们作为许多新兴量子技术核心的高级协议的基础。
2019-08-15 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Spin-Valley Protected Kramers Pair in Bilayer Graphene
本文针对双层石墨烯（BLG）量子比特研究，发现其单载流子量子点基态的克拉默斯对受自旋-谷保护，制备可调谐器件测得其弛豫时间达38秒（比纯自旋阻塞态长两个数量级），且零磁场下单次读出保真度超99%，为长寿命半导体量子比特提供新方向。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable one-way quantum computer using on-chip resonator qubits
我们提出了一个可扩展的和强大的架构，单向量子计算使用超导传输线谐振器耦合网络。在我们的协议中，量子信息被编码到谐振器的长寿命光子态中，其具有比通常的超导量子比特长得多的相干时间。每个谐振腔包含一个电荷量子比特，用于光子量子比特的状态初始化和局域投影测量。任何一对相邻的光子量子位通过介体电荷量子位耦合，并且可以通过将斯塔克移位的拉比脉冲施加到这些介体量子位来创建大的光子簇态。我们的架构的显着优势是，它结合了固态系统的良好的可扩展性和光子量子比特的长相干时间。此外，该架构对于参数变化非常鲁棒。
2011-11-11 quant-ph
A photonic platform for donor spin qubits in silicon
对于即将到来的固态量子技术来说，硅-28中的施主杂质自旋是极具竞争力的量子比特，但对于多量子比特设备来说，一个经过验证的可扩展策略仍然明显缺乏。这些CMOS兼容的、原子上相同的量子位提供了显著的优势，包括3小时相干性（$T_2$）寿命，以及在$\sim\!99.9\%$附近的同时量子位初始化、操纵和读出能力。这些性质满足了许多现代量子纠错协议的要求，这些协议对于构建大规模通用量子技术至关重要。然而，一种可靠地耦合空间分离的量子位的方法，其关键是不牺牲量子位质量并且对制造缺陷具有鲁棒性，尚未被确定。在这里，我们提出了这样一个平台的施主量子位在硅中，通过利用光学可访问的“深”硫族施主。我们发现，这些捐助者发出高度均匀的光，可以光学初始化，并提供长寿命的自旋量子位基态，而不需要毫开尔文温度。这些组合性质使得硫族元素供体独特地适合于并入硅光子架构中以用于单激发单量子位读出以及用于多量子位耦合。这为硅基量子计算、自旋到光子转换、光子存储器、硅集成触发单光子源和全光硅开关打开了清晰的道路。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
A network-ready random-access qubits memory
光子量子比特存储器是许多量子网络协议的基本组成部分。理想的情况是量子计算节点通过量子接口有效地连接到量子通信信道。节点包含一组长寿命的物质量子比特，通道支持光量子比特的传播，界面耦合光和物质量子比特。为了实现这一愿景，我们在这里展示了一个随机存取的多量子位写-读存储器的光子使用两个铷原子耦合到同一模式的光腔，这是一个设置，这是已知的功能量子计算能力。我们用十个以上的独立光子量子位测试了存储器，没有观察到明显的串扰，并且发现即使在十次写入-读取尝试之后也不需要重新初始化。综合读写效率为26%，相干时间接近1 ms。有了这些功能，节点构成了量子中继器和最终量子互联网的一个有前途的构建块。
2020-11-02 quant-ph
Hybrid circuit cavity quantum electrodynamics with a micromechanical resonator
具有固有不同自由度的混合量子系统在许多物理现象中起着关键作用。著名的例子包括腔量子电动力学，囚禁离子，或电子和声子在固体状态。在这里，强耦合使组分失去它们的个性并形成修饰态。除了基本的意义，混合系统可以用于实际目的，特别是在新兴的量子信息控制领域。长寿命原子态与超导腔和量子比特中可及的电自由度的结合提供了一个有希望的方向。在这里，我们集成电路腔量子电动力学与声子。除了耦合到微波腔之外，我们的超导transmon量子比特还与微机械谐振器中的声子模式相互作用，从而代表耦合到两个不同腔的原子。我们测量了声子斯塔克位移，以及量子位谱线分裂成运动边带，其特征是修饰的机电态之间的跃迁。在时域中，我们观察到量子比特激发到声子的相干转换为边带拉比振荡。这是一个具有量子界面潜力的模型系统，它可以允许在长寿命的声子态中存储量子信息，耦合到光学光子，或者用于研究接近经典极限的强耦合量子系统。
2013-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum error correction in a solid-state hybrid spin register
混合量子系统试图将其组成部分的力量结合起来，以掌握量子技术的基本冲突要求：快速准确的系统控制以及与环境（包括测量仪器）的完美屏蔽，以实现长量子相干性。混合量子系统的优秀例子是异质自旋系统，其中电子自旋用于读出和控制，而核自旋用作长寿命量子比特。在这里，我们表明，联合初始化，投影读出和快速本地和非本地门操作不再冲突的要求，在这些系统中，即使在环境条件下。我们展示了高保真初始化的一个完整的自旋寄存器（99%）和单发读出多个单独的核自旋通过使用辅助电子自旋的氮空位缺陷的金刚石。实现了一种新的非局域门通用我们的混合电子-核量子寄存器允许制备三个核自旋的纠缠态，具有超过85%的量子效率。量子纠错是可扩展量子计算的一个重要工具。首次将基于最优控制的误差避免与误差校正相结合，实现了一种三量子比特的相位翻转误差校正算法。利用最优控制，上述所有算法都实现了接近容错量子操作的并行性，从而为大规模集成铺平了道路。我们的技术可用于改善依赖于金刚石自旋、硅中的磷或其他自旋系统（如量子点、碳化硅或固体中的稀土离子）的量子网络的缩放。
2013-09-27 quant-ph
Storing short single-photon-level optical pulses in Bose-Einstein condensates for high-performance quantum memory
大规模量子网络需要量子存储器，其特征在于非经典光的长寿命存储以及高效、高速和可靠的操作。由于物质平台和光物质相互作用协议的固有限制，这些功能的同时实现是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种方法来克服这个障碍，基于玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）平台上的Autler-Townes-splitting（ATS）量子存储协议的实现。我们证明了这种方法的原理证明，通过存储短脉冲的单光子级光作为集体自旋激发在铷BEC。对于20 ns的长脉冲，我们实现了一个超低噪声存储器的效率为30%，寿命为15 $μ$ s。ATS协议的非绝热特性（导致高速和低噪声操作）与BEC平台固有的大原子密度和超低温（提供高效和长寿命的存储）相结合，开辟了一条通往高性能量子存储器的新途径。
2020-10-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Realizing singlet-triplet qubits in multivalley Si quantum dots
在GaAs量子点中实现和操纵单重态-三重态量子比特已经取得了重大进展。由于在Si中测得的自旋相干时间相当长，最近在Si量子点中产生了相当大的兴趣。由于谷自由度的存在，这些系统的物理学比GaAs量子点的物理学复杂得多，这构成了这项工作的重点。在本文中，我们研究了硅量子点的物理，并专注于量子相干单重态-三重态量子比特实验的可行性，类似于在GaAs中进行的实验。这种额外的自由度大大增加了基态的复杂性，并在量子位初始化、相干操纵和读出过程中产生了非常重要和有趣的物理学。我们讨论了硅基量子点中量子比特的操作定义。我们发现，当存在谷简并时，不能构造单重态-三重态量子比特，而当谷分裂较大（>>k_B*T）时，实验结果与GaAs相似。我们表明，单重态-三重态量子比特的实验类似于那些在GaAs中将提供一种方法来估计在Si中的谷耦合。塞曼场区分任何谷分裂的不同初始化状态，并提供了一种工具来确定这种分裂的大小。
2009-11-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hardware-efficient quantum random access memory with hybrid quantum acoustic systems
声共振器耦合到超导量子比特的混合量子系统是一种很有前途的量子信息平台。高品质因数和小的模体积使声学模成为理想的量子存储器，而量子比特-声子耦合使量子态的初始化和操纵成为可能。提出了一种利用多模量子声学系统实现量子计算的方案，并基于该方案提出了一种量子随机存储器（QRAM）的硬件高效实现方案.量子信息存储在高Q声子模式中，并且模式之间的耦合通过对transmon量子比特施加非共振驱动来设计。与涉及直接激发量子位的现有方案相比，该方案可以为长寿命声学模式提供门保真度的实质性改善。我们展示了这些工程声子-声子耦合如何根据指定地址模式的状态来访问叠加数据-在单个芯片上实现QRAM。
2020-01-09 quant-ph
Rare-Earth Molecular Crystals with Ultra-narrow Optical Linewidths for Photonic Quantum Technologies
稀土离子是在量子水平上构建光-物质界面的理想固态体系。这依赖于它们显示窄光学均匀线宽或等效地长寿命光学量子态的潜力。在这封信中，我们报告的铕分子晶体，表现出线宽在10 kHz的范围内，数量级比其他分子中心窄。我们利用这一属性，以证明有效的光学自旋初始化，相干存储的光使用原子频率梳，和光学控制的离子-离子相互作用实现的量子门。这些结果说明了稀土分子晶体作为光子量子技术的新平台的实用性，该光子量子技术将高度相干的发射器与分子材料的组成，结构和集成能力的无与伦比的多功能性相结合。
2021-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Room-temperature optical spin polarization of an electron spin qudit in a vanadyl -- free base porphyrin dimer
该研究在氧钒基–游离碱卟啉二聚体中证明光激发可生成长寿命自旋极化四重态，并在室温下保留51V超精细结构，为分子自旋量子比特和qudit初始化提供新途径。
2024-08-04 physics.chem-ph quant-ph
Noisy Spins and the Richardson-Gaudin Model
我们研究了一个耦合到一个共同的噪声环境中的自旋（量子比特）系统，每个自旋都以自己的频率进动。自旋经历的相关噪声意味着仅由于不同频率而松弛的长期相关性。我们使用一个映射到一个非厄米可积的Richardson-Gaudin模型，找到了量子主方程在高温极限下的精确谱，从而确定了衰变率。我们的解决方案可以用来评估非均匀分裂对耦合到一个公共浴的量子比特系统的影响。
2018-02-28 cond-mat.str-el nlin.SI quant-ph
Molecule-based coherent light-spin interfaces for quantum information processing -- optical spin state polarization in a binuclear Europium complex
固态光学量子信息处理（QIP）这一新兴领域的成功关键取决于获得共振光学材料。稀土离子（REI）由于其非凡的光物理和磁量子特性（例如长的光学和自旋相干寿命（$T_2$））而适合用于QIP协议。然而，分子纳入REI，尽管具有有利的性质，如原子精确的量子可调性，固有的可扩展性，和大的便携性，尚未被研究的QIP应用。作为REI分子用于光学QIP应用的有用性的第一个证据，我们在这项研究中证明，窄光谱孔可以在双核Eu（III）配合物的非均匀加宽的$^5$ D $_0\to^7$ F $_0$光学跃迁中燃烧，呈现均匀线宽（$Γ_h$）= 22 $\pm$ 1 MHz，在1.4 K下转换为$T_2 = 14.5$ $\pm$ 0.7 ns。此外，观察到长寿命的光谱孔，证明有效的极化Eu（III）的基态核自旋，全光自旋初始化和寻址的基本要求。这些结果阐明了基于REI的分子复合物作为多功能相干光自旋接口在量子通信和处理中的应用的有用性。
2020-06-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dissipative generation of spin squeezing in the resolved vacuum Rabi splitting limit
JILA, University of Colorado and National Institute of Standards and Technology（科罗拉多大学与美国国家标准与技术研究院联合JILA研究所）；Department of Physics, University of Colorado（科罗拉多大学物理系）；Center for Theory of Quantum Matter, University of Colorado（科罗拉多大学量子物质理论中心）；T.C.M. Group, Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室TCM小组）；Institute of Physics（物理研究所）
本文研究在分辨真空拉比分裂区域中，通过对称性保护的耗散动力学实现自旋压缩，展示了超过25 dB的压缩和接近理想单轴扭转标度，为光钟平台超越标准量子极限提供了实用途径。
2026-05-29 physics.atom-ph quant-ph
Heralded entanglement between solid-state qubits separated by 3 meters
空间分离物体之间的量子纠缠是物理学中最有趣的现象之一。对纠缠物体的独立测量结果显示出经典物理学无法解释的相关性。纠缠态除了具有重要意义外，还是量子信息处理和通信的独特资源。纠缠的量子比特可以用来建立私人信息或实现量子逻辑门。当纠缠量子比特在空间上分离时，这种能力特别有用，从而有机会创建高度连接的量子网络或将量子密码术扩展到长距离。在这里，我们提出了一个关键的实验，实现长距离量子网络与固态量子寄存器。我们在钻石中纠缠了两个电子自旋量子比特，它们之间的距离为3米。我们建立这种纠缠使用一个强大的协议的基础上本地创建的自旋光子纠缠和随后的联合测量的光子。光子的检测预示着自旋量子比特投射到纠缠态上。我们通过对不同基的量子比特进行单次读出来验证所产生的非局域量子关联。这里报道的长距离纠缠可以与最近在本地长寿命核自旋寄存器上实现的初始化，读出和纠缠操作相结合，从而实现确定性的长距离隐形传态，量子中继器和扩展的量子网络。
2012-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Enhancing Spin Coherence in Optically Addressable Molecular Qubits through Host-Matrix Control
光学可寻址自旋是量子信息科学的一个有前途的平台，因为它们结合了长寿命的量子比特和用于外部量子比特控制和读出的自旋光学接口。化学合成这种系统的能力-产生光学可寻址的分子自旋-提供了一种模块化的量子位架构，可以在不同的环境中传输，并通过自下而上的设计和合成为目标应用进行原子定制。在这里，我们展示了如何在这样的光学可寻址分子量子比特的自旋相干性可以通过工程控制他们的主机环境。通过将基于铬（IV）的分子量子比特插入到非同构主机矩阵中，我们通过横向零场分裂产生噪声不敏感的时钟跃迁，这在使用同构主机时是不存在的。这种宿主矩阵工程导致在核和电子自旋丰富的环境中光学可寻址分子自旋量子位的自旋相干时间超过10微秒。我们从第一性原理出发，模拟了自旋相干性对横向零场分裂的依赖关系，并用四个不同的分子系统进行了实验验证。最后，我们通过对光学线宽和自旋-晶格弛豫时间等关键参数的研究，探讨了如何进一步增强分子量子比特中的光学-自旋界面。我们的研究结果证明了通过可调分子平台测试量子位结构-功能关系的能力，并突出了在嘈杂环境中使用分子量子位进行纳米级量子传感的机会。
2022-04-01 quant-ph
Single-Shot Readout of a Nuclear Spin in Silicon Carbide
本文首次在碳化硅中实现了核自旋的单次读出，通过双步读出方案获得了99.5%的读出保真度和89.8%的成功效率，为量子网络应用补充了实验工具箱。
2024-01-09 physics.atom-ph quant-ph
Erbium emitters in commercially fabricated nanophotonic silicon waveguides
本研究展示了铒发射体可可靠集成于商业制备的低损耗硅波导，实现窄线宽与磁场下自旋分裂，为CMOS工艺制造长寿命量子存储器奠定基础。
2023-07-26 physics.optics quant-ph
Quantum computation in a hybrid array of molecules and Rydberg atoms
我们表明，极性分子阵列与里德伯原子相互作用是一个有前途的混合系统的可扩展的量子计算。量子信息存储在分子的长寿命超精细或旋转状态中，这些分子通过与里德伯原子的共振偶极-偶极相互作用间接地相互作用。基于这种相互作用的双量子位门具有1 $μ$ s的持续时间和99.9%的可实现保真度。门对粒子的运动状态几乎不敏感-分子可以处于热状态，原子在里德伯激发期间不需要被捕获，门不加热分子，并且加热原子的影响可以忽略不计。在一个大型的静态阵列中，门可以应用于相隔数十微米的任意分子对，使该方案具有高度可扩展性。分子-原子相互作用还可以用于快速量子位初始化和高效、非破坏性的量子位读出，而不驱动任何分子跃迁。单量子比特门仅使用微波脉冲驱动，利用旋转状态之间的强电偶极跃迁。因此，大规模量子计算所需的所有操作都可以在不移动分子或将其激发出基态的情况下完成。
2022-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Coherent microwave, optical, and mechanical quantum control of spin qubits in diamond
本文综述金刚石色心自旋量子比特的相干控制技术，涵盖微波、光学及新兴机械控制方法，并探讨其在量子网络与多量子比特寄存器中的应用前景。
2023-12-11 quant-ph
Memory and transduction prospects for silicon T centre devices
T中心是一个具有双光子带光跃迁和长寿命微波量子比特的硅-原生自旋光子界面，为光量子存储器和微波到光通信波段转换提供了一个有吸引力的新平台。在这样的平台上可以实现各种各样的量子存储和转换方案，其优点和缺点敏感地取决于系综性质。在这项工作中，我们表征T中心自旋合奏通知设备设计。我们进行了第一次T系综光学深度测量，并计算了高效光量子存储器所需的中心密度或共振光学增强的改进。我们进一步证明了相干粒子数捕获（CPT）和Autler-Townes分裂（ATS）的相干微波界面。然后，我们确定最有前途的微波和光量子存储协议，这样的合奏。通过估计在自由空间和存在的腔的存储效率，我们表明，有效的光存储器是可能的预测密度。最后，我们制定了一个转导的建议，并讨论了可实现的效率和保真度。
2022-09-23 quant-ph
Computational Insights into Electronic Excitations, Spin-Orbit Coupling Effects, and Spin Decoherence in Cr(IV)-based Molecular Qubits
半导体中的点缺陷和掺杂剂在量子信息处理中的巨大成功，促使人们寻找具有类似性质的分子。在大的化学空间中所需性质的灵活性和可调性比固态系统具有很大的优势。Cr（IV）（aryl）$_4$是一个基于Cr（IV）的分子家族，它具有类似于点缺陷的性质，电子自旋态可以被光学初始化、读出和控制。尽管有这样的启动，但仍有很大的空间来增强对分子量子比特至关重要的特性。在这里，我们提供了计算的Cr（IV）为基础的分子，旨在协助有效的分子量子位的化学设计的关键属性的见解。采用多参考从头算方法，研究了Cr（IV）（aryl）$_4$分子在不同配体下的电子态，结果表明零声子线能量与实验相符，自旋三重态和自旋单重态对小的化学扰动非常敏感.通过加入自旋轨道相互作用，我们发现所有分子的单轴零场分裂（zero-field splitting）参数的符号都为负，并讨论了通过非辐射系间穿越的光诱导自旋初始化.我们量化（超）超精细耦合的$^{53}$铬核自旋和$^{13}$ C和$^1$ H核自旋，我们讨论了电子自旋退相干。我们发现，分裂或扩大的电子自旋子级由于超超精细相互作用与$^1$ H核自旋减少了一个数量级时，分子有一个实质性的横向的自旋参数。
2022-10-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
