Storage and retrieval of ultrafast single photons using a room-temperature diamond quantum memory
我们报告的存储和检索的单光子，通过量子存储器，在室温下散装金刚石的光学声子。太赫兹带宽预示的光子产生的自发参数下转换和映射到声子通过拉曼跃迁，存储一个可变的延迟，并按需释放。存储器输出的二阶相关性为$g^{(2)}(0) = 0.65 \pm 0.07$，表明在整个存储和检索过程中保留了非经典光子统计。该存储器具有低噪声、高速和广泛可调的特点，因此有望成为局部量子处理应用的多功能光物质接口。
2014-09-11 quant-ph
Light storage for one second at room temperature
光存储，光子到物质长寿命状态的受控和可逆映射[1]，使光量子网络具有存储能力[2-6]。主要的存储介质是温暖的碱性气体，因为它们具有强的光学耦合和长寿命的自旋状态[7，8]。在稠密气体中，随机原子碰撞主导自旋相干的寿命，将存储时间限制在几毫秒[9，10]。在这里，我们提出并实验证明了一种存储方案，是不敏感的自旋交换碰撞，从而使长时间的存储时间在高原子密度。这种独特的性质是通过将光场映射到自旋态的无退相干子空间内的自旋取向上来实现的。我们报告的记录存储时间为1秒的铯蒸气，100倍的改进，现有的存储方案。此外，我们的方案为使用稀有气体核自旋的长达一小时的量子存储器奠定了基础。
2017-12-15 quant-ph
Long-time storage of a decoherence-free subspace logical qubit in a dual-type quantum memory
本文在低温离子阱中实现双型多离子量子存储器，将无退相干子空间逻辑量子比特的相干时间提升至两小时以上，并展示了更好的可扩展性。
2025-07-17 quant-ph
Single-Photon-Level Atomic Frequency Comb Storage in Room Temperature Alkali Vapour
Department of Physics and Astronomy, University of Southampton（南安普顿大学物理与天文系）；Optoelectronics Research Centre, University of Southampton（南安普顿大学光电子研究中心）
该研究在室温碱金属蒸汽中实现了单光子级光的相干存储与检索，利用原子频率梳协议，展示了时间-bin 和偏振量子比特存储的可能性。
2025-10-30 quant-ph
Could light harvesting complexes exhibit non-classical effects at room temperature?
越来越多的实验和理论证据表明，相干量子效应发挥作用的有效转移的激励从一个叶绿体天线的反应中心在芬纳-马修斯-奥尔森蛋白质复合物。然而，可以想象，一个令人满意的替代解释的结果是可能的，在一个经典理论。为了解决这种可能性，我们考虑一类经典理论满足宏观实在论的最小假设和框架Leggett-Garg类型的测试，可以排除它们。我们的数值模拟表明，即使在退相干的存在下，几个测试可以表现出所需的违反Leggett-Garg不等式。值得注意的是，我们的退相干模型甚至在室温下也存在一些违规行为。
2009-11-05 quant-ph
Quantum Decoherence of Charge Qubit coupled to Nonlinear Nanomechanical Resonator
当纳米机械谐振腔的非线性不可忽略时，解析地研究了电荷量子比特的量子退相干。利用非线性Jaynes-Cummings模型，探讨了非线性纳米机械谐振器作为量子数据总线的可能性，非线性破坏了动态量子信息存储，维持了电荷量子比特量子相干性的恢复。通过对退相干因子的计算，讨论了纳米机械谐振腔的非线性对电荷量子比特工程退相干的影响。
2013-04-27 quant-ph
Room-temperature high-speed nuclear-spin quantum memory in diamond
量子存储器提供量子信息的中间存储，直到量子算法或量子通信过程的下一步骤需要它为止。因此，相关的品质因数是信息写入和检索的保真度、存储时间以及读写过程的速度。在这里，我们提出的实验数据组成的一个单一的$^{13}$ C核自旋的氮空位（NV）中心的金刚石的电子自旋强烈耦合的量子存储器。最近邻碳的强超精细相互作用导致寄存器量子位和存储器量子位之间的传输时间为300 ns，写入-存储-读取周期的总体保真度为88%。所观察到的存储时间为3.3 ms，似乎受到电子自旋的T $_1$弛豫的限制。我们讨论了一种可能的方案，可以延长存储时间超过这个限制。
2013-01-03 quant-ph
Decoherence-protected memory for a single-photon qubit
在光子上编码的量子比特的长寿命，有效的存储和检索是未来量子网络的重要组成部分。虽然已经证明了具有固有的长相干时间的系统，但与有效的光-物质界面的结合仍然是一个突出的挑战。事实上，光子量子比特存储器的相干时间目前仅限于几毫秒。在这里，我们报告的量子位存储器的基础上耦合到一个高精细光学谐振腔的单原子。通过映射和重映射之间的量子比特用于轻物质接口的基础和基础，这是不太容易受到退相干，超过100毫秒的相干时间已被测量与时间无关的存储和检索效率为22%。这展示了第一个光子量子位存储器，其相干时间超过了在全球量子互联网中传送量子位所需的下限。
2017-12-11 quant-ph
Room-temperature ladder-type optical memory compatible with single photons from InGaAs quantum dots
实验实现室温梯型 Cs D1 线原子蒸气存储器，实现弱相干光脉冲按需存储检索，最大内部效率 15%，结合 InGaAs 量子点为异质按需量子光接口提供前景。
2024-11-19 quant-ph
Mechanical resonators for storage and transfer of electrical and optical quantum states
研究了一个光机械系统，其中微波场和光场耦合到一个共同的机械谐振器。我们从机械退相干的角度探讨了利用这些机械谐振器存储量子力学态和在电磁谐振器之间传输态的方法。除了具有根本意义外，这种相干量子态转移在量子信息科学领域可能具有重要的实际意义，因为它可能允许人们克服微波和光学平台的固有限制。我们讨论了几种状态转移协议，并研究其传输保真度使用一个完全量子力学模型，利用量子态扩散技术。这项工作表明，机械去相干不应该成为实现高保真存储和转换的不可逾越的障碍。
2013-05-29 quant-ph
Light storage in a room temperature atomic vapor based on coherent population oscillations
本文报道了在室温原子气室中基于相干布居振荡（CPO）的光存储的实验观察。在亚稳态$^4$ He中，通过偏振选择的$Λ$系统的基态能级之间使用超箭头CPO，这样的光存储被实验证明是相位保持的。因为它不涉及任何原子相干性，所以它具有对诸如小的磁场不均匀性的退相效应鲁棒的优点。存储时间受到$Λ$系统基态的布居寿命的限制。
2014-10-21 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Robust quantum-network memory using decoherence-protected subspaces of nuclear spins
量子寄存器网络的实现是量子科学和技术中的一个突出挑战。我们实验研究了一个网络节点，由一个单一的氮空位（NV）中心的电子自旋超精细耦合到附近的核自旋。我们演示了在一个节点内对五个核自旋量子比特的单独控制和读出。然后，我们描述了存储的量子叠加在单个核自旋下重复应用的概率光节点间纠缠协议。我们发现，存储保真度是有限的，在电子自旋复位失败后的尝试失相。通过将量子态编码到两个核自旋的消相干保护子空间中，我们证明了量子相干性可以保持超过1000次的远程纠缠协议。这些结果和见解为远程纠缠纯化和使用NV中心量子网络节点实现量子中继器铺平了道路。
2016-03-04 quant-ph
Realization of Universal Ion Trap Quantum Computation with Decoherence Free Qubits
量子计算机与环境的任何残余耦合都会导致计算错误。将量子信息编码在所谓的无消相干子空间中提供了避免这些错误的手段。尽管在采用这种技术以数量级扩展存储器存储时间方面取得了巨大进展，但在这样的子空间内的计算一直很少。在这里，我们展示了实现一个通用的量子门的一组作用于消相干的离子量子比特。我们将这些门结合起来，在无退相干的可扩展量子计算机中实现了第一个受控非门。
2009-09-21 quant-ph
Quantum reservoir networks based on decoherence-free subspaces
School of Nanoscience and Nanotechnology, Mahatma Gandhi University（马哈特玛甘地大学纳米科学与技术学院）；Space Research Institute RAS（俄罗斯科学院空间研究所）；National University of Science and Technology ’MISIS’（莫斯科国立科学技术大学 MISIS）
提出一种基于5维无退相干子空间的六量子比特量子储备池网络，通过有限学习时间将输入量子系统的纠缠态与直积态分类，利用DFS不受外部涨落影响的特点，实现室温下低能耗的量子人工智能系统。
2026-05-21 quant-ph
Decoherence-free manipulation of photonic memories for quantum computation
我们提出了一个构造任意量子线路的协议。量子比特（qubit）以单光子的偏振态编码。它们被存储在放置在光学腔中的空间分离的稠密介质中。特定的脉冲序列分别寻址存储介质，以编码量子位并实现一组通用的门。该协议避免了自发发射和腔体阻尼，是无消相干的。我们讨论了一个耦合方案的实验实现在氖原子。
2005-12-12 quant-ph
Single-photon-level quantum memory at room temperature
能够存储单光子的量子存储器是用于量子信息处理的基本构建块，使得能够在长距离上存储和传输量子信息。在室温下工作的设备可以大规模部署并集成到现有的光子网络中，但到目前为止，热量子存储器在单光子水平上容易受到噪声的影响。这个问题在冷原子系综中得到了解决，但这些系综体积庞大，技术复杂。在这里，我们展示了可控的，宽带和有效的存储和检索弱相干光脉冲在温暖的原子铯蒸气中的单光子水平使用远离共振拉曼存储方案。无条件的噪声地板被发现是足够低的量子制度在室温下操作的存储器。
2010-10-19 quant-ph
Realistic Decoherence Free Subspaces
消相干自由子空间（DFS）是实现量子信息存储和处理的理论工具。然而，它们是一个实验性的挑战，因为它们存在的条件非常严格。本文研究了耦合到谐振子池中的$N$振子系统满足DFS存在条件的情况。我们表明，在Born-Markov极限和小偏差的可分性和退化条件，有{ \emph{weak decoherence subspaces} }类似于原来的概念DFS。
2003-04-02 quant-ph
Theory of storage and retrieval of intense-broadband pulses at room temperature: analytical and numerical solutions
我们分析了在$Λ$结构中加入多普勒展宽和失谐效应的强宽带脉冲的存储和恢复。我们通过逆散射技术计算解析解，并显示如何将信号场转移到原子介质中的自旋波，然后通过控制脉冲的相互作用进行检索。由于脉冲的强度，脉冲区域（如自诱导透明所定义的）在相互作用中起着关键作用，因为它决定了介质内自旋波的位置。此外，我们比较我们的结果，考虑有限长度的脉冲和自发发射的影响，非理想条件。
2016-10-25 nlin.PS quant-ph
Decoherence-protected transitions of nitrogen vacancy centers in 99% 13C-enriched diamond
金刚石中的氮空位（NV-）色心由于其自旋为1的基态、简单的光学初始化和读出以及在室温固体中的长的本征相干时间而成为用于量子信息器件的主要候选者。虽然13 C核自旋通常是磁噪声的主要来源，但我们观察到99%13 C金刚石中NV-中心的电子-核超精细态之间的跃迁对退相干具有鲁棒性。在磁场强度范围从550 - 900 G，这些转变是可观察到的光学检测磁共振（ODMR），并表现出线宽缩小的因素高达130倍，在室温下从这个自旋系统观察到的典型的电子型转变。我们预计使用这些退相干保护的过渡，结合动态去耦方法，存储的量子信息。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-Temperature Storage of Entanglement in a Silicon Carbide Quantum Node
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
该研究在碳化硅量子节点中实现室温纠缠存储，通过SWAP门将电子-核纠缠转移到核自旋存储器，保真度达92.5%，寿命延长240倍，为室温量子技术提供平台。
2026-09-15 quant-ph
Decay and storage of multiparticle entangled states of atoms in collective thermostat
在色散极限下，导出了描述单模腔中二能级原子集体衰变的主方程。通过考虑原子在集体恒温器中的衰变，我们找到了类W多粒子纠缠态的无消相干子空间。我们提出了一个计划，这些国家的集体恒温器写入和存储。
2006-11-10 quant-ph
Entanglement Storage Units
我们引入了一个基于最优控制的协议来驱动许多体量子系统进入长寿命的纠缠态，通过大的能隙来防止退相干，而不需要系统的任何先验知识。通过这种方法，可以实现可扩展的纠缠存储单元。我们在Lipkin-Meshkov-Glick模型中测试了该协议，该模型是一个原型多体量子系统，描述了不同的实验设置，并在有序的伊辛链中测试了该协议，该模型代表了量子总线的可能实现。
2012-09-27 quant-ph
Controllable effects of quantum fluctuations on spin free-induction decay at room temperature
局域场的涨落引起量子物体的退相干。一般认为，在高温下，热噪声比量子涨落强得多，除非通过自旋回波等某些技术抑制热效应。在这里，我们报告的发现强量子涨落效应的核自旋浴在固体中的单电子自旋在室温下的自由感应衰减。我们发现量子涨落和热涨落之间的竞争是可控制的外部磁场。这些发现是基于金刚石中单氮空位中心自旋的Ramsey干涉测量和退相干的数值模拟，两者吻合得很好。
2011-10-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Adiabatic Creation of Atomic Squeezing in Dark States vs. Decoherences
研究了多原子暗态的多体关联，其特征是原子的压缩超过了两两纠缠。结果表明，在电磁诱导透明（EIT）机制的原子系综光子存储过程中，通过对原子系综上经典光场的Rabi频率进行精细调控，可以产生原子压缩和两两纠缠.我们还考虑了在各种退相干通道下原子压缩和两两纠缠的突然死亡。通过详细研究原子系综中量子关联的绝热产生与退相干之间的竞争，得到了产生最大原子压缩和两两纠缠的最佳时间，并给出了三种典型的退相干通道.
2010-11-12 quant-ph
On-chip storage of broadband photonic qubits in a cavity-protected rare-earth ensemble
固态光发射器的集合能够实现光子量子比特的宽带量子存储和转换，并应用于高速光量子网络，用于安全通信，全球计时和互连未来的量子计算机。为了实现利用系综的相干量子信息传输，目前使用自旋重定相技术来减轻由非均匀加宽引起的快速退相干。在这里，我们使用一个密集的钕稀土离子强烈耦合到纳米光子谐振器的合奏证明，通过腔保护，一个单光子激发的消相干几乎完全抑制-一种新的技术，用于访问集体耦合的消相干自由子空间。因此，腔场和原子超辐射态之间的受保护拉比振荡能够将光子频率量子比特（约50 GHz带宽）超快速传输到离子中，然后以98.7%的保真度进行检索。通过将超辐射激发耦合到其他长寿命的稀土自旋态，这项技术将使宽带，随时可用的量子存储器和快速的光-微波转换器成为可能。
2016-09-06 physics.atom-ph quant-ph
Heralded Entanglement between Atomic Ensembles: Preparation, Decoherence, and Scaling
两个原子系综中的集体激发之间的纠缠被概率地产生、存储并转换为单光子场。利用纠缠度，定量描述了纠缠随激发几率的标度行为以及导致纠缠衰减的各种关联的时间动力学.推导出了集体原子态为0.9 \pm 0.3时的并发度的下界。还观察到纠缠度随存储时间的衰减，并与局域动力学有关。
2007-09-19 quant-ph
Quantum battery based on quantum discord at room temperature
用于储能的先进量子器件的研究在过去几年中引起了科学界的关注。虽然最近已经取得了一些理论进展，但仍然缺乏在环境条件下作为量子电池运行的平台的实验方案。在这种情况下，这项工作提出了一个可行的实现的量子电池在羧酸盐基金属络合物，它可以存储有限数量的可提取的工作下的量子不和谐的形式在室温下，并通过热化与水库充电。此外，存储的工作可以通过非破坏性测量化合物的磁化率进行评估。这些结果为通过材料工程开发增强型储能平台铺平了道路。
2021-03-31 quant-ph
Decoherence of collective atomic spin states due to inhomogeneous coupling
研究了原子系综对称集体内态叠加态与外控制场非均匀耦合时的退相干。对于渐近大系统，我们发现特征退相干率标度为$\sqrt{N}$，其中$N$为原子总数。我们的研究结果为利用原子系综进行量子信息处理和存储提供了新的思路。
2002-03-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Room Temperature Quantum Coherent Revival in an Ensemble of Artificial Atoms
我们报道了量子光学的标志性概念：室温量子点系综中量子相干性（QCR）的周期性坍缩和复活。对量子态的控制，固有的QCR，连同动力学量子点的属性提供了一个机会，实用的室温构建块的量子信息处理。QCR的振幅衰减取决于QD均匀线宽，因此，使其提取在双脉冲拉姆齐型实验。更常见的光子回波技术也被调用，并产生相同的线宽。测量的电偏压和温度依赖性的横向弛豫时间，使确定两个主要的退相干机制：载流子和载流子声子散射。
2020-10-28 quant-ph
Many-body decoherence dynamics and optimised operation of a single-photon switch
基于里德伯原子诱导的非线性效应，建立了一个全光开关中多光子散射引起的退相干动力学的理论框架。通过将这种退相干过程的知识到最佳的光子存储和检索策略，我们建立了优化的开关协议的实验相关条件，并评估相应的限制，在可实现的性能。基于这些结果，我们制定了一个简化的描述，再现最近的实验[arXiv：1511.09445]，并提供了一个新的解释，涉及多个入射光子和多个门激发形成开关的多体退相干。除了提供洞察到现实的光子开关能力的操作能力，我们的工作提供了一个完整的描述自旋波退相干在里德伯量子光学设置，并立即相关的一些进一步的应用程序采用光子存储在里德伯介质。
2016-07-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A simple example of "Quantum Darwinism": Redundant information storage in many-spin environments
随着量子信息科学接近构建量子计算机的目标，理解退相干导致的信息丢失变得越来越重要。可以从其环境中获得的关于系统的信息可以促进量子控制和纠错。此外，观察者通过监测（主要是光子）“感兴趣的物体”的环境来间接获得大部分信息。这些信息究竟是如何铭刻在环境中的，对于从量子基底中出现“经典”是至关重要的。在本文中，我们研究了多量子位（或多自旋）环境如何存储有关单个系统的信息。丢失到环境中的信息可以冗余地存储，或者可以以环境的纠缠模式进行编码。我们继续表明，随机选择的环境状态几乎总是编码的信息，使观察者必须捕获的大部分环境推断系统的状态。相反，在典型的退相干过程所产生的状态中，关于系统的特定可观测量的信息被冗余地存储。这种“最适合的信息”的选择性扩散（称为量子达尔文主义）在选择宏观系统的首选、有效的经典观测量方面起着关键作用。环境不仅仅是一个垃圾场，而且是一个交流渠道，这一认识的发展使我们对环境在量子-经典跃迁中的作用的理解超越了传统的退相干范式。
2004-08-23 quant-ph
Room temperature quantum bit storage exceeding 39 minutes using ionized donors in 28-silicon
本研究利用光学方法和动态解耦技术，在 28Si 中的 31P 施主系综上实现了超过 39 分钟的室温量子比特相干存储，并展示了自旋叠加态在低温与室温间的循环及 3 小时的低温相干时间。
2023-03-30 physics.app-ph quant-ph
A Cavity-Enhanced Room-Temperature Broadband Raman Memory
宽带量子存储器在未来的光子量子信息协议中作为复用元件具有很大的前景。碱蒸气拉曼存储器结合了高带宽存储、按需读出和在室温下操作而没有碰撞荧光噪声。然而，以前的实现方式需要大的控制脉冲能量，并遭受四波混频噪声。在这里，我们提出了一种拉曼存储器，其中存储相互作用是由一个低精细度双折射腔调谐到同时与信号和控制领域的共振，大大降低了所需的能量来驱动存储器。通过对反斯托克斯场进行工程反共振，我们还抑制了四波混频噪声，并报告了拉曼型温蒸汽存储器中尚未实现的最低无条件噪声基底，每个脉冲$(15\pm2)\times10^{-3}$光子，总效率为$(9.5\pm0.5)$ %。
2015-10-15 quant-ph
Creation, storage and retrieval of an optomechanical cat state
我们分析了一种方法的创建，存储和检索的光学力学薛定谔猫态，其中有一个量子叠加的两个不同的宏观态的机械振荡器。在该方案中，首先在光学腔中制备光学猫态，然后将其转移到机械模式，在机械模式中存储并随后使用控制场进行检索。我们使用正P相空间表示对光机械猫态的量子存储协议进行了数值模拟。这对猫态有一个紧凑的正表示，从而允许对这个高度非经典的量子系统进行概率模拟。为了验证猫态量子存储器的有效性，我们考虑了几个猫态签名，并展示了如何计算它们。我们还研究了退相干对猫态的影响，通过解析求解简化模型的标准主方程，使我们能够与数值结果进行比较。专注于作为猫状态的签名的维格纳函数的负性，我们分析评估的时间上界的负性消失，对于一个给定的温度的环境中的机械振荡器。我们表现出与数值方法的一致性。这些提供了精确的解决方案，允许在实验中，涉及使用时间模式匹配的输入和输出脉冲创建，存储和检索机械猫状态的退相干的充分治疗。我们的分析对待的光机械振荡器的内部光学和机械模式，和一套完整的输入和输出场模式，成为纠缠的内部模式。该模型包括退相干由于热效应的机械水库，以及光学和机械损失。
2018-12-05 quant-ph
Coherent oscillations in a single electron spin at room temperature
在单个缺陷中心中，单个电子自旋的拉比章动已被探测到。自旋量子态的相干演化通过自旋态的光学检测来跟踪。在室温下的相干时间高达几微秒已被测量。自旋态的光学读出导致退相干，相当于所谓的芝诺效应。在单自旋哈恩回波实验中观察到了电子自旋跃迁之间的量子拍。更进一步的分析显示拍频也是由电子自旋与单个14 N核自旋的超精细耦合引起的。用电子自旋与两个振荡场相互作用的密度矩阵方法对结果进行了分析。
2003-09-09 quant-ph
Quantum Computation in Brain Microtubules? Decoherence and Biological Feasibility
Penrose-Hameroff（“Orch OR”）脑微管量子计算模型在环境退相干问题上受到批评。Tegmark最近的一份报告发现，微管只能在$10^{-13}$ s内保持量子相干性，这太短了，与神经生理学无关。在这里，我们批判性地检查了Tegmark计算背后的假设，并发现：1）Tegmark的评论不是针对文献中现有的模型，而是针对一种混合物，该混合物用沿着微管叠加的孤立子取代了“Orch OR”理论的叠加蛋白质构象，2）Tegmark预测在较低温度下退相干时间减少，与观察到的量子态行为直接矛盾，3）在针对Tegmark模型与“Orch OR”模型之间的差异校正Tegmark方程之后重新计算（叠加分离，电荷与偶极，介电常数）将退相干时间延长到$10^{-5} - 10^{-4}$ s并使Tegmark推导的关键假设无效，4）以超过退相干的速率向微管附近有序化水的集体动力学提供非相干代谢能可以对抗退相干效应（以与激光在室温下避免退相干相同的方式），和5）肌动蛋白凝胶化的相可以增强微管束周围的水的有序化，进一步将无退相干区增加一个数量级，并且将退相干时间增加到$10^{-2} - 10^{-1}$ s。这些修正将微管退相干引入了一个量子引力可以与神经生理学相互作用的机制。
2000-05-04 quant-ph
Storage of Quantum Coherences as Phase Labeled Local Polarization in Solid State NMR
核自旋是量子信息处理的有希望的候选者，因为它们与环境的良好隔离排除了量子相干性的快速损失。已经开发了许多策略来进一步延长它们的退相干时间。他们中的一些人利用去耦技术的基础上的Carr-Purcell和Carr-Purcell-Meiboom-Gill脉冲序列。在许多情况下，当应用于非均匀样品时，它们产生的磁化衰减比哈恩回波慢得多。然而，我们已经证明，这些衰变不能与更长的消相干时间的相干保持冻结。它们是由相干光作为局部极化存储后恢复的结果，因此它们可以用作存储器。我们在这里展示了如何冻结的相干态，随后可以恢复时间长于自然的系统的消相干时间后，可以产生在一个受控的方式与使用的场梯度。证明了均匀样品在非均匀场中的类似行为。它强调的是，在固态NMR的不均匀性的影响，独立于它们的起源，不应该被忽视，因为它们在多脉冲序列中起着至关重要的作用。
2012-07-12 cond-mat.other quant-ph
Ultrafast, all-optical coherence of molecular electron spins in room-temperature, aqueous solution
本研究利用泵浦-探测偏振光谱技术，在室温水溶液中实现了分子电子自旋相干性的超快全光学初始化与追踪，将时间分辨率提升五个数量级，揭示了电子自旋相干新机制。
2024-07-26 quant-ph
Decoherence and Quantum Error Correction for Quantum Computing and Communications
量子技术已经显示出不可估量的潜力，可以有效地解决一些信息处理任务，如素数分解，非结构化数据库搜索或复杂的大分子模拟。由于量子机器能够解决某些传统上无法解决的问题，因此它有可能通过药物设计、过程优化、牢不可破的通信或机器学习等应用彻底改变现代世界。然而，量子信息容易遭受由所谓的退相干引起的误差，退相干描述了与它们与周围环境的相互作用相关联的量子态的相干性的损失。这种退相干现象存在于每一个量子信息任务中，无论是量子信息的传输、处理还是存储。因此，通过量子纠错码（QECC）来保护量子信息对于构建完全可操作的量子计算机至关重要。理解环境退相干过程及其建模方式是构建能够保护量子信息的有效纠错方法的基础。在这篇论文中，退相干的性质进行了研究和数学建模，QECC的设计和优化，使他们表现出更好的纠错能力。
2022-02-17 quant-ph
Protecting a Spin Ensemble against Decoherence in the Strong-Coupling Regime of Cavity QED
基于自旋系综耦合到超导微波腔的混合量子系统是腔量子电动力学（QED）实验和利用量子力学效应的未来技术的有前途的候选人。目前，这些系统中退相干的主要来源是非均匀自旋展宽，这限制了它们在量子信息的相干传输和存储方面的性能。在这里，我们研究了超导腔与金刚石中氮空位中心系综的强耦合动力学。我们实验观察的第一次，如何退相干诱导的非洛伦兹自旋分布可以被抑制在强耦合制度-一种被称为“腔保护”的现象。为了证明这种效应的相干控制方案的潜力，我们展示了如何适当选择微波脉冲可以增加两个数量级的腔和自旋系综之间的相干振荡的幅度。
2014-04-16 quant-ph
On-demand storage and retrieval of single photons from a semiconductor quantum dot in a room-temperature atomic vapor memory
本研究实现了半导体量子点单光子在室温原子蒸气存储器中的按需存储与读取，通过控制光子与原子蒸气相互作用，达到19.8 ns的读取时间和0.6%的内部效率，拓展了量子网络应用。
2025-01-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spatial mode storage in a gradient echo memory
三能级原子梯度回波存储器是一种有效的量子存储和线性光量子计算的候选方案。在本文中，我们研究的空间多模性质的一个Escherda-GEM系统。使用高速触发CCD，我们演示了复杂的空间模式和图像的存储。我们还提出了一个原则上的空间复用演示显示选择性召回存储的自旋波的空间元素。使用我们的测量，我们考虑原子蒸气内的扩散效应，并研究其在空间退相干中的作用。我们的测量使我们能够量化由于扩散和非均匀控制场散射的空间失真，并将其与理论模型进行比较。
2012-07-03 quant-ph
Long-time electron spin storage via dynamical suppression of hyperfine-induced decoherence in a quantum dot
在量子点中，通过使电子经历合适的动态退耦序列，可以显著增加由核自旋环境引起的电子自旋退耦的相干时间。我们分析了高层次的解耦协议的性能，通过使用分析和精确的数值方法相结合，并特别注意大脉冲间延迟和长时间的动态，这是超出了标准的平均哈密顿理论描述的制度。我们证明，动态解耦可以保持有效的远远超出其正式域的适用性，并发现，利用级联设计的协议提供了最佳的性能，该系统在相关的参数范围内。在初始电子状态是已知的情况下，能够完全冻结退相干在很长一段时间的协议的构建和特征。还评估了系统和对照非理想性的影响，包括浴内偶极相互作用、磁场偏置和浴极化以及系统脉冲缺陷的影响。虽然小的偏置场和小的浴极化降低了去耦保真度，但增强的性能和时间调制来自于强的施加场和高极化。总体而言，我们发现，如果控制参数的相对误差不超过5%，解耦协议仍然可以延长相干时间高达两个数量级。
2008-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Quantum Learning with Noise and Decoherence: A Robust Quantum Neural Network
噪声和退相干是实现大规模量子计算的两大障碍。由于不可克隆定理，即我们不能精确复制任意量子态，简单的冗余在量子环境中不起作用，与环境的不必要的相互作用会破坏相干性，从而破坏计算的量子性质。由于经典神经网络的并行和分布式特性，它们长期以来一直被成功地用于处理不完整或损坏的数据。在这项工作中，我们证明了我们的量子神经网络（QNN）模型对噪声具有类似的鲁棒性，此外，它对退相干也具有鲁棒性。此外，对噪声和去相干的鲁棒性不仅得到保持，而且随着系统尺寸的增加而得到改善。噪声和退相干甚至可能在训练中具有优势，因为它有助于纠正过拟合。我们证明了使用纠缠作为一种手段的模式存储在量子比特阵列的鲁棒性。我们的研究结果提供了证据，证明机器学习方法可以解决量子计算中的其他问题。
2019-01-26 quant-ph
Cooperative spin decoherence and population transfer
多能级原子系综是量子信息存储器件的一个很好的候选者。信息被加密在集体基态原子相干性中，在没有外部激发的情况下，原子相干性与真空解耦，因此无退相干。然而，在用光脉冲操纵原子的过程中（写入、读取），人们无意中引入了与环境的耦合，即退相干源。耗散过程通常被视为系综中每个原子的独立过程，这种方法在必须考虑合作效应的大原子光学深度处失败。本文研究了两个受驱动多能级原子系统的自旋退相干和布居转移的合作行为。毫不奇怪，增强的消相干率被发现，当原子被分开的距离是小的光波长相比，然而，它被发现，这一速率甚至进一步增加了一些更大的分离原子沿驱动场的传播矢量的方向对齐。还讨论了光泵浦率的合作修改和原子之间的偏振交换的效果的治疗，贷款的集体衰变的起源的额外的洞察力。
2006-01-30 quant-ph
Direct measurement of decoherence for entanglement between a photon and stored atomic excitation
违反贝尔不等式的实验中，两个纠缠量子比特之一被存储在一个集体原子存储器的用户定义的时间延迟。发现原子量子比特在高达21微秒的存储时间内保持对贝尔不等式的违反，这比产生纠缠的激发脉冲的持续时间长700倍。为了解决这个系统实现的基于纠缠的密码学的安全性的问题，调查的贝尔违反作为所产生的非经典领域之间的互相关的函数的报告，与违反的饱和度接近量子力学允许的最大值。
2006-11-06 quant-ph
Decoherence suppression by uncollapsing
我们证明了零温度能量弛豫引起的量子比特退相干可以通过量子解坍缩过程几乎完全抑制。为了保护量子比特状态，部分量子测量将其移向基态，在存储期间将其保持在基态，而第二部分测量恢复初始状态。该过程优先选择没有能量衰减事件的情况。更强的消相干抑制需要更小的选择概率;可以通过改变测量强度来选择这种折衷中的期望点。该实验可以用超导相位量子比特以简单的方式实现。
2009-08-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Preparing Narrow Velocity Distributions for Quantum Memories in Room-Temperature Alkali Vapours
量子存储器是通过概率操作同步实现大规模量子网络的关键技术。这种网络对量子存储器提出了严格的要求，如存储时间，检索效率，带宽和可扩展性。在热原子蒸气平台上的共振和非共振梯形协议是有希望的候选人，结合了高效的高带宽操作和低噪声按需检索。然而，它们的存储时间受到由组成蒸汽的原子的宽速度分布引起的运动诱导失相的严重限制。在本文中，我们展示了速度选择性光泵浦，以克服这种退相干机制。这将增加蒸汽存储器的可实现的存储器存储时间。该技术也可用于制备任意形状的吸收轮廓，例如，制备原子频率梳吸收特征。
2020-11-07 physics.atom-ph quant-ph
How decoherence affects the security of BB84 quantum key distribution protocol
该研究在退相干理论框架下结合量子达尔文主义测量模型，分析BB84量子密钥分发协议中量子测量导致的密钥信息泄露及窃听者的获取情况，还探讨了环境分层对安全性的影响，为密码设备屏蔽优化提供了思路。
2024-04-30 quant-ph
Nonmaximally entangled states can be better for quantum correlation distribution and storage
为了实现许多量子信息协议，必须在两个相距遥远的参与者之间预先建立纠缠。在实际应用中，纠缠子系统在分发和存储过程中不可避免的与环境的相互作用会导致纠缠度的退化。本文研究了局域振幅噪声中两量子比特纠缠态的退相干。我们发现，存在一组部分纠缠态，比最大纠缠态更强大的剩余量子关联测量的并发，完全纠缠分数，和量子不和谐。这一结果表明，在振幅阻尼下，非最大纠缠态在量子关联分布和存储方面的性能优于最大纠缠态。还得到了一个值得注意的结果，即量子关联单调下的态序可以通过局域保迹映射和完全正映射来反转。
2013-09-20 quant-ph
Decoherence of Single-Excitation Entanglement over DLCZ Quantum Networks Caused by Slow-Magnetic-Field Fluctuations and Protection Approach
本研究针对慢磁场涨落未被现有量子中继协议考虑的问题，构建含该噪声的自旋波模型并通过实验验证其会引发单激发纠缠退相干，提出方案将纠缠寿命从约135毫秒提升至约1.7秒。
2023-06-10 quant-ph
Single-Photon Storage in a Ground-State Vapor Cell Quantum Memory
接口单光子源和光子的量子存储器共同构成了量子技术的基础组件。实现异构、最先进设备之间的兼容性是一个长期的挑战。我们建立了一个预示单光子源的基础上腔增强自发参量下转换在ppKTP和匹配的存储器的基础上的电磁诱导透明的温暖$^{87}$ Rb蒸汽，并成功地接口。由源发射的光子的带宽为370 MHz，将其速度置于技术相关的范围内，同时保持在存储器的接受带宽内。同时，实验复杂性保持较低，所有组件都在室温或高于室温下操作。利用自旋极化原子的超精细结构中的极化选择规则，大大降低了存储器的读出噪声。我们首次在基态汽泡存储器中演示了单光子存储和检索，其中$g_{c,\text{ret}}^{(2)}=0.177(23)$演示了检索光的单光子特性。我们的单光子源和原子存储器的平台是有吸引力的未来实验上的室温量子网络工作在高带宽。
2022-04-26 quant-ph
Decoherence and Quantum Interference assisted electron trapping in a quantum dot
我们提出了一个理论模型的动力学的电子被捕获的消相干和量子干涉的手段在中央量子点（QD）的半导体纳米环（NR）的五个量子点（QD），在100和300 K之间。电子的动力学描述的主方程与紧束缚模型的基础上的哈密顿量，考虑到电子-LO声子相互作用（EMPPI）。基于这种配置，捕获电子而没有退相干的概率几乎为27%。与此相反，在100 K，200 K和300 K时，在退相干的情况下捕获电子的概率分别为70%，63%和58%。我们的模型提供了一种在室温下捕获电子的新方法。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of a quantum memory coupled to a collective spin bath
我们研究了耦合到相互作用自旋浴的单个量子比特的量子动力学，作为固态量子存储器中退相干的模型。自旋浴由Lipkin-Meshkov-Glick模型描述，并且浴自旋经受横向磁场。我们调查的量子位相互作用通过伊辛或XY型耦合项浴自旋的不同大小的子集。浴的大程度的对称性使我们能够找到参数制度，其中初始量子位状态在量子位制备后在明确定义的时间恢复。这些时间可以变得与大浴槽的浴槽尺寸无关，从而即使在存在与浴槽的强耦合的情况下也能够实现忠实的量子位存储。我们分析了大量的参数，并确定了最适合量子存储器的参数。一般情况下，我们发现量子比特和浴自旋之间的少量链接导致更少的退相干，量子比特和浴自旋之间的伊辛耦合系统是优选的。
2010-05-26 quant-ph
