Topological Insights from State Manipulation in a Classical Elastic System
本文通过外部驱动操控两能级弹性比特实现Berry相位受控积累，利用Bloch球表示实现量子模拟逻辑门，揭示了系统的拓扑性质，并利用外部参数探索拓扑转变，拓展了拓扑概念在材料与计算模型设计中的应用。
2025-04-03 quant-ph
Optical injection and terahertz detection of the macroscopic Berry curvature
我们提出了一个实验方案来探测固体的Berry曲率。我们的方法对布里渊区的任意区域都很敏感，并且只采用基本的光学和太赫兹技术来产生无背景信号。使用半导体量子阱作为一个原型系统，我们讨论了如何注入宏观Berry曲率，并探测它的方式，提供有关的微观Berry曲率的信息。
2011-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Berry phases of higher spins due to internal geometry of Majorana constellation and relation to quantum entanglement
马约拉纳星是与自旋态正交的相干态的对跖方向，它提供了对一般量子态结构的可视化和几何理解。例如，自旋为1/2的贝里相位是由其马约拉纳星的闭合路径所包围的立体角的一半给出。可以想象，更高自旋的贝里相位也可能与马约拉纳星座的几何形状有关。我们发现，对于自旋为1的态，Berry相位除了包含两颗Majorana星的闭合路径所包围的立体角的预期贡献外，还包含一个与两颗Majorana星的重心矢量周围的相对位置矢量的扭曲有关的项，即，星座的自转有趣的是，如果自旋为1的态被视为对称化的两个量子比特态，那么对Berry相位的额外贡献是由两个量子比特的量子纠缠加权的Majorana星座的自旋转给出的。这一发现暗示了马约拉纳恒星几何在代表量子态和量子纠缠的深层结构方面的相关性。
2020-08-16 quant-ph
Geometric phase via adiabatic manipulations of the environment
我们表明，几何相位可能会产生在量子系统受到噪声的绝热操纵的波动场，例如，通过系统-环境耦合的变化。对于一个两态量子系统，我们用路径的几何形状来表示这个相位，通过缓慢变化的方向和幅度的波动。我们讨论了这一阶段的起源和可能性，以将其从已知的环境引起的修改的Berry相。
2008-05-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum gyroscope based on three-dimensional rotation induced Berry phase
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
该研究利用钻石中的固态自旋缺陷作为传感量子比特，通过三维旋转诱导 Berry 阶段提高陀螺仪灵敏度，采用反迪阿巴托协议抑制非绝热泄漏，实现四阶灵敏度提升。
2026-03-20 quant-ph
Tunable Quantum Beam Splitters for Coherent Manipulation of a Solid-State Tripartite Qubit System
量子态的相干控制是实现固态量子处理器和在宏观水平上测试量子力学的核心。尽管近年来在控制单体和双体量子系统方面取得了重大进展，但由于退相干时间相对较短且缺乏精确的控制方法，涉及人工固态量子比特的多体系统中量子波函数的相干控制受到阻碍。本文报道了一个超导量子比特与两个微观二能级系统耦合的三重量子系统中量子态的产生和相干操纵。由于量子位-TLS相互作用而避免的系统能级谱中的交叉充当波函数的可调谐量子分束器。结果表明，Landau-Zener-Stückelberg干涉在精确控制三重系统的量子态方面具有很大的潜力.
2010-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atm-clus
Non-Abelian statistics as a Berry phase in exactly solvable models
我们演示了如何直接研究非阿贝尔统计的广泛的一类完全可解的多体量子系统。通过采用精确的本征态来模拟模型准粒子的绝热输运，由此产生的Berry相提供了它们的非阿贝尔统计的直接证明。我们将这种技术应用到Kitaev的蜂窝晶格模型，并明确证明了非阿贝尔伊辛任意子的存在，证实了以前的假设。最后，我们提出了在实验室中运输和检测这些准粒子的统计所需的操作。各种物理现实的系统尺寸被认为是这样的实验和准确的预测。
2009-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el hep-th
Experimental demonstration of the stability of Berry's phase for a spin-1/2 particle
几何相位被认为是脆弱量子系统抗噪声相干操纵的候选者。由于它只由量子态的路径决定，噪声涨落的存在以不同于动力学相位的方式影响几何相位。我们在实验上测试了自旋为1/2的粒子在周期变化的磁场中Berry几何相位的鲁棒性。使用捕获极化超冷中子，它表明，几何相位的贡献，由于绝热场波动消失的演化时间长。
2008-12-19 quant-ph
Suppressing the geometric dephasing of Berry phase by using modified dynamical decoupling sequences
传统的动态解耦方法虽然具有抵抗低频噪声引起的动态失相的能力，但不适用于抑制参数空间中几何环扰动引起的残余几何失相。这阻碍了基于量子操纵的几何量子门精度的进一步提升。在本文中，我们设计了两种改进的动力学解耦方案来抑制残留的几何失相。进一步的数值模拟验证了我们格式的有效性。
2017-03-16 quant-ph
Measuring the Berry Phase in a Superconducting Phase Qubit by a Shortcut to Adiabaticity
在参考控制场的基础上增加一个反非绝热场，在超导相位量子比特中实现了“超导性捷径”（STA）协议。在短时间尺度上测量的Berry相位与绝热环的理论结果符合得很好。提取量子比特矢量的轨迹，通过积分立体角交替验证Berry相位。经典噪声被引入到总控制场的幅度或相位中。在Berry相位的统计中，有噪声和无噪声的均值几乎相等，而幅度噪声的变化可以用一个解析表达式来描述。
2017-04-04 quant-ph
Coherent manipulation of interacting electron qubitson solid neon
Harvard University（哈佛大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Chicago（芝加哥大学）；National High Magnetic Field Laboratory（国家高磁场实验室）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；University of Notre Dame（圣母大学）
研究通过固态氖表面的自然限制实现了多个相互作用电子量子比特的相干操控，实现了62.5MHz的量子比特耦合强度，并实现了CR和bSWAP双量子比特门，为扩展量子信息处理提供新路径。
2026-03-31 quant-ph
Revealing the Berry phase under the tunneling barrier
本文通过阿秒精度操控隧穿势垒，在凝聚态体系强场光-物质相互作用中观测到复值Berry相位，揭示了隧穿过程中积累的虚部Berry相位，为几何相位物理和拓扑量子现象的固态强场光计量研究开辟了新方向。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Representation of Berry phase by the trajectories of Majorana stars
Majorana的恒星表象，它代表了量子态的演化与轨道的Majorana星在布洛赫球，提供了一个直观的方法来研究一个物理系统的高维投影希尔伯特空间。在这封信中，我们研究了这些恒星和它们在布洛赫球上的环的Berry相位。结果表明，一般自旋态的Berry相位可以用Majorana星环的立体角表示。此外，这些结果可以自然地用于任意维数的一般状态。为了证明我们的理论，我们研究了一个双模相互作用玻色子系统。最后讨论了恒星关联与量子纠缠的关系。
2014-12-17 quant-ph
All-solid-state continuous-wave laser systems for ionization, cooling and quantum state manipulation of beryllium ions
我们描述了用于铍离子光电离、多普勒冷却和量子态操纵的激光系统。对于中性铍的光电离，我们已经开发了一个连续波235 nm的源获得两个阶段的倍频从二极管激光器在940 nm。该系统在470 nm处提供高达400 mW的功率，在235 nm处提供高达28 mW的功率。为了控制铍离子，从四个红外光纤激光器通过和频产生和二次谐波产生在313 nm处的三个激光波长。在1051和1551 nm两束泵浦光的作用下，626 nm和313 nm的激光输出功率分别达到7.2 W和1.9 W。在1 W的313 nm功率下测量到低于0.5%/小时的强度波动（在8小时的操作期间）。这些系统用于将铍离子加载到分段离子阱中。
2013-06-17 physics.optics quant-ph
Breaking of reciprocity and the Pancharatnam-Berry phase for light scattered by a disordered cold atom cloud
本文利用偏振操控元件的非对易性，在无序冷原子云散射光中实现互易性破缺，通过条纹对比度降低和位移观测Pancharatnam-Berry相位，为操控无序介质散射光的路径干涉奠定基础。
2024-01-11 physics.optics quant-ph
Fast Phase-manipulation of the Single Nuclear Spin in Solids by Rotating Fields
我们提出了单核自旋与单电子自旋相互作用的快速相位门。门操作利用由快/慢旋转场引起的电子自旋的几何相移;取决于核自旋状态的路径差使核相移成为可能。门控时间与慢旋转场的频率成反比。作为一个例子，我们使用金刚石中的氮空位中心，并显示相门时间的数量级比以前报道的短。我们还显示了对退相干和系统误差的门的鲁棒性。
2016-12-07 quant-ph
Robust quantum control for the manipulation of solid-state spins
固体中电子自旋的鲁棒和高保真控制是促进固态自旋在量子信息处理和量子传感中应用的基石。然而，由于来自环境和控制场的各种噪声的存在，尾旋系统的精确控制总是具有挑战性的。在此，噪声弹性量子门，设计与鲁棒最优控制（ROC）算法，实验证明与氮空位（NV）中心的钻石，以实现定制的鲁棒性失谐和拉比错误的同时。在存在10%的非共振失谐和拉比频率偏差的情况下，我们实现了高达99.97%的平均单量子比特门保真度。实验还表明，基于ROC的多脉冲量子传感序列能够有效抑制由于微波脉冲的有限宽度和不完美性而导致的虚假响应，为提高现有多脉冲量子传感序列的性能提供了一种有效的策略.
2022-05-05 quant-ph
Dynamical extension of Hellmann-Feynman theorem and application to nonadiabatic quantum processes in Topological and Correlated Matter
赫尔曼-费曼定理的一个扩展，采用动态参数随时间变化，根据量子动力学严格推导，避免任何线性响应或其他近似。由此产生的定理的动态观测，有效的外部领域的所有订单，被发现包含广义Berry曲率类型的量，通过明确的和非平凡的时间依赖性纳入动态;这些Berry量类似于所谓的反常项（在固体中的半经典运动方程中），但都是磁性和电性类型，前者与量子霍尔效应类型的行为相关联，而后者与极化类型的行为相关联。应用新定理，在没有绝热近似或半经典近似的情况下，导出了固体中无自旋和自旋电子的量子运动方程。的电荷电流公式的多体和相互作用的spinfull系统也推导出，并发现包括一个纵向和横向的部分;现象学解释相对于极化和磁化电流分别出现在一个自然的方式。此外，还给出了一个相互作用自旋电子系统的拓扑磁电效应公式。通过仔细定义参数空间中的单值性，在一个非标准的方式和更高的严谨性比通常的，我们能够清楚地讨论可能的障碍，这个单值性的问题，相关的创建贝里单极参数空间和量子化的通量贝里曲率（但与非平凡的动力学包括在其定义）。
2020-01-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Geometric Quantum Computation on Solid-State Qubits
一个量子系统的控制参数的绝热循环演化以系统上的完整操作结束，完全由参数空间中的几何决定。该操作是由一个简单的相位因子（贝瑞相位）或一个非阿贝尔酉算子取决于简并的本征空间的哈密尔顿。几何量子计算是利用这种完整操作而不是传统的动力学操作来操纵量子态进行量子信息处理的方案。在这里，我们提出了一个几何量子计算方案，可以实现与现有技术的纳米约瑟夫森结网络，被称为一个有前途的候选人的固态量子计算机。
2003-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-optical control of a solid-state spin using coherent dark states
研究固体中的单个量子系统，用作量子比特（qubit）和退相干探针，需要它们的初始化，幺正操作和读出协议。在许多固态量子系统中，这些操作依赖于不同的技术，这些技术可以根据特定的量子位结构而广泛变化。一个这样的量子位，金刚石中的氮空位（NV）中心自旋，可以通过其特殊的自旋选择性系间交叉来初始化和读出，而微波电子自旋共振（ESR）技术提供了单一的自旋旋转。相反，我们展示了一种替代的，完全光学的方法，这些控制协议在NV中心，不依赖于其系统间的交叉。通过调整NV中心的激发态自旋在低温下的交叉，我们使用相干布居捕获和受激拉曼技术来实现初始化，读出，和单一的操作一个自旋。这些技术中的每一种都可以沿着任意选择的量子基直接执行，消除了将自旋映射到优选基和从优选基映射自旋的额外控制步骤的需要。结合这些协议，我们进行测量的NV中心的自旋相干性，这种完整的光学控制的演示。这些技术仅由光脉冲组成，能够在较小的占地面积和光子网络内进行控制。同样，这种方法避免了ESR操纵和通过系统间交叉的自旋寻址能力的需要。因此，这种方法可以应用于各种潜在的固态量子位，包括那些目前缺乏解决方法的量子位。
2013-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Magnetic translation and Berry's phase factor through adiabatically rotating a magnetic field
对于一个自旋在动态变化的磁场作用下，旋转算符所体现的立体角结果是量子演化算符中唯一的路径依赖因子。对于带电粒子来说，无限简并性要求进行严格的研究。我们发现，在这种情况下，它是旋转算子和路径有序磁平移算子的产品，进入演化算子，并确定几何相位。这一结果与瞬时哈密顿量在磁平移和旋转下不变的事实相一致。提出了实验验证的结果。
2002-04-09 quant-ph
Decoherence and dephasing in spin-based solid state quantum computers
我们讨论了各种固态系统中的消相干的操作定义。特别是，我们回顾，在基于自旋的固态量子计算的背景下，引入$T_1$和$T_2$描述退相干在一个两能级系统。我们提供了一个视角，最近的实验涉及操纵自旋相干半导体，并讨论具体的退相干和退相问题，电子自旋为基础的量子点量子计算机架构。
2001-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electric control of collective atomic coherence in an Erbium doped solid
我们展示了快速和准确的控制集体原子相干性的演变在掺铒固体使用外部电场。这是通过使用电场梯度和线性斯塔克效应控制在1536 nm处发射的铒离子的非均匀加宽来实现的。原子相干性的操纵的特征在于在光激发之后由样品发射的集体自发发射（光自由感应衰减），其不需要任何原子的先前准备。我们发现，由电场控制的原子的退相和再定相导致光学自由感应衰减的崩溃和复苏。我们的研究结果表明，使用外部电场不会引入任何实质性的额外的退相干，并使集体原子相干性的操作具有非常高的精度上的时间尺度上的几十ns。这为光子量子态存储和量子态操作提供了一个有趣的资源。
2009-07-24 quant-ph
Solid-State High-Order Harmonic Generation: Emerging Frontiers in Ultrafast and Quantum Light Science
本文综述固态高次谐波产生在超快与量子光科学中的新兴前沿，涵盖拓扑效应、非经典光态及阿秒源等进展，并指出其连接超快光谱、量子光学与材料科学的桥梁作用。
2025-10-17 physics.optics quant-ph
Solid-state electronic spin coherence time approaching one second
固态电子自旋系统，例如金刚石中的氮空位（NV）色心，在量子信息、传感和计量学方面有着广阔的应用前景。然而，这种固态系统的一个关键挑战是实现比量子自旋操纵协议的时间长得多的自旋相干时间。在这里，我们证明了超过两个数量级的改善，在自旋相干时间（$T_2$）的NV中心相比，以前的测量：$T_2 \approx 0.5$ s在77 K，这使得$\sim 10^7$相干NV自旋操作之前退相干。我们采用动态去耦脉冲序列来抑制由于磁噪声引起的NV自旋退相干，并发现在很宽的温度范围内，$T_2$仅限于纵向自旋弛豫时间（$T_1$）的大约一半，这归因于声子诱导的退相干。我们的结果适用于NV自旋的集合，并且不依赖于特定NV的最佳选择，这可以推进量子传感，使压缩和多体纠缠在固态自旋集合中，并打开一条路径来模拟大范围的驱动，相互作用主导的量子多体哈密顿量。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing semiconductor quantum dot state and manipulation with superconducting transmission line resonator
分析了超导传输线谐振器与半导体双量子点的耦合系统。我们模拟了微波信号在谐振腔中的相移，这对量子点量子比特的状态和操纵是敏感的。测量质量足够高，并且结果表明可以设想基于这种类型的电路的固态量子处理器。
2013-12-08 quant-ph
Stimulated resonant spin amplification reveals millisecond electron spin coherence time of rare-earth ions in solids
电子自旋系综的不均匀性以及作用于单个自旋的涨落环境大大缩短了自旋相干时间$T_2$，阻碍了相干自旋操纵。我们表明，这个问题可以解决的同时应用的射频（rf）领域，它刺激相干自旋旋进去耦从一个不均匀的环境，和周期性的光脉冲，放大这种进动。当rf场频率接近激光脉冲重复频率时发生的所得共振具有由自旋相干时间$T_2$确定的宽度，其不受非均匀性效应的影响。我们在低温下测量了YAG晶格中Ce $^{3+}$离子基态电子的50 Hz窄电子自旋共振和毫秒长的$T_2$，而非均匀自旋退相时间$T_2^*$仅为25 ns。这项研究为在非均匀环境中实现自旋系统的相干光学操纵铺平了道路。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of spin-tensor induced topological phase transitions of triply degenerate points with a trapped ion
三重简并点（TDP），对应于新类型的拓扑半金属，可以支持新的准粒子具有有效的整数自旋，同时保持费米统计。在这里，通过将动量空间映射到囚禁离子中的三能级系统的参数空间，我们在实验上探索了由自旋张量-动量耦合驱动的不同类型的TDPs之间的跃迁。我们观察到的相变与不同的拓扑电荷之间的TDPs通过测量周围的间隙闭合线的环路上的Berry通量，和Berry通量的跳跃给出了跨越过渡的拓扑电荷的跳跃（高达$2π$因子）。对于Berry通量的测量，我们采用了一种新的方法，通过检查自旋矢量和张量的几何旋转，这导致一个广义立体角等于Berry通量。多能级离子的可控性为研究高自旋物理提供了一个通用的平台，我们的工作为探索其中的新拓扑现象铺平了道路。
2022-01-25 quant-ph
Wilson loop and Wilczek-Zee phase from a non-Abelian gauge field
量子态在经过一个封闭的回路后，可以获得一个称为Berry相位的几何相位，这个相位依赖于路径而不是运动速率。贝里相位类似于从电磁矢势导出的阿哈罗诺夫-玻姆相位，并且可以用阿贝尔规范势表示，称为贝里连接。Wilczek和Zee将这个概念扩展到包括非阿贝尔相位-其特征在于规范独立的威尔逊圈-由非阿贝尔规范势产生。利用原子玻色-爱因斯坦凝聚体，我们量子工程化了一个非阿贝尔SU（2）规范场，由位于5维参数空间原点的杨子产生。通过慢慢地环绕轨道，我们用威尔逊圈来描述威尔采克-齐相位，这取决于环绕轨道所对的立体角：斯托克斯定理的推广。这一观测标志着观测到的威尔逊圈由非阿贝尔点源引起。
2021-10-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Local Operations in qubit arrays via global but periodic Manipulation
我们提出了一个在格点系统中通过全局但周期性的操作进行量子计算的方案，其中只需要有效的周期磁场和全局最近邻相互作用。我们方案中的所有操作都可以在光晶格或固态系统中实现。我们还研究了二维晶格中的普适量子操作和量子模拟。我们发现，在模拟一些非平凡的多体哈密顿，全局操作是优越的。
2006-10-20 quant-ph
Measurement of a Vacuum-Induced Geometric Phase
当一个量子系统被一个参数缓慢且周期性变化的外场驱动时，Berry的几何相位自然出现。系统和外场之间耦合的变化也可以引起几何相位，即使场处于真空态或任何其他Fock态。在这里，我们证明了真空诱导的Berry相位的外观在人造原子，超导transmon，与微波腔的单模相互作用。当我们改变相互作用的相位时，人造原子获得由在原子和量子场的组合希尔伯特空间中描绘的路径确定的几何相位。我们控制这一阶段的能力也为量子信息处理中原子-腔系统的几何操作开辟了新的可能性。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Non-adiabatic geometrical quantum gates in semiconductor quantum dots
本文研究了用半导体量子点实现非绝热几何量子门。讨论了利用激子自由度的不同量子信息编码/操纵方案。利用Aharanov-Anandan几何相位可以避免依赖绝热Berry相位的绝热方案的局限性，在原理上可以实现快速几何量子门
2003-01-17 cond-mat quant-ph
Non-adiabatic holonomic manipulation of the polariton qubit in circuit QED
由于量子位通常具有有限的寿命，因此其操作应该尽可能快，因此非绝热操作更优选。此外，由于量子比特不可避免地与周围环境相互作用，因此稳健的操作具有重要意义。在这里，我们提出了一个方案的极化激元量子比特的量子操纵电路QED使用非绝热完整性，这是固有的快速和鲁棒性。特别是，极化激元量子比特被证明是强大的，对任意的低频噪声，由于其近对称的频谱，这也可以方便地操纵外部微波驱动场在完整的方式。因此，我们的方案提出了一个很有前途的方式操纵极化激元量子位的片上固态量子计算。
2015-03-02 cond-mat.supr-con quant-ph
