Single-shot conditional displacement gate between a trapped atom and traveling light
Faculty of Science and Engineering, Waseda University(早稻田大学理工学部);RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)(理化学研究所量子计算中心);Corporate Laboratory, Toshiba Corporation(东芝公司企业实验室);Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore(新加坡国立大学量子技术中心);Department of Materials Science and Engineering, National University of Singapore(新加坡国立大学材料科学与工程系)
本文提出利用光学腔实现单次条件位移门,通过原子与光子的协同驱动实现混合系统通用控制,同时推导了包含腔体损耗和原子衰减的简洁门模型。
2025-10-09 physics.atom-ph quant-ph
Pairwise-parallel entangling gates on orthogonal modes in a trapped-ion chain
并行操作对于近期的量子计算机和更大规模的容错机器都很重要,因为它们减少了执行时间和量子比特空闲。我们提出并实现了一种在离子阱量子计算机上的成对并行门方案。门被同时驱动的捕获离子链的正交运动模式的不同集合。我们证明了该方案的实用性,通过创建一个GHZ状态在一个步骤中使用一个重叠的量子比特的并行门。我们还显示了它的优势,电路通过实现一个相互作用的自旋系统,横向场伊辛模型的动力学的数字量子模拟。当不涉及重叠量子位时,这种方法有效地将可用栅极深度扩展高达两倍,除了额外的初始冷却之外没有开销。这是因为使用一组额外的模式作为额外的量子自由度几乎相当于将陷阱加热速率减半,将激光和量子比特相干时间加倍,并将控制器存储器深度扩展到两倍。该方案可以很容易地应用于不同的捕获离子量子比特和门方案,广泛地增强了捕获离子量子计算机的能力。
2023-02-17 physics.atom-ph quant-ph
Versatile laser-free trapped-ion entangling gates
我们提出了一个一般理论的激光自由纠缠门与捕获离子超精细量子比特,使用静态或振荡磁场梯度结合一对均匀的微波场对称失谐的量子比特频率。通过转换成一个“双色”的相互作用图片,我们表明,无论是${\hatσ_ϕ\otimes\hatσ_ϕ}$或${\hatσ_{z}\otimes\hatσ_{z}}$几何相位门可以执行。通过选择微波失谐量来确定门基。可以调谐驱动参数以提供与量子比特频率波动的内在动力学解耦。${\hatσ_{z}\otimes\hatσ_{z}}$门可以以一种新的方式实现,这减轻了实验的限制。我们提出了数值模拟的门几何形状假设现实的参数。
2019-01-29 physics.atom-ph quant-ph
Trapped-ion two-qubit gates with >99.99% fidelity without ground-state cooling
本文提出通过斜升门失谐绝热消除残余自旋—运动纠缠误差的 smooth gate,在无基态冷却且平均声子占据数达 9.4(3) 时实现高保真双量子比特门。
2025-10-20 physics.atom-ph quant-ph
Sub-microsecond entangling gate between trapped ions via Rydberg interaction
在比相干时间短得多的时间尺度上产生大系统中的量子纠缠是强大的量子模拟和计算的关键。被囚禁的离子是最精确控制和最好隔离的量子系统之一,具有通过几十微秒内的少离子晶体的振动运动操作的低误差纠缠门。为了超越经典计算机所能处理的复杂性水平,主要的挑战是在大离子晶体中实现快速纠缠操作。极性分子和里德伯原子系统中强的偶极-偶极相互作用允许更快的纠缠门,但与捕获离子相比的稳定的状态无关的限制需要在这些系统中得到证明。在这里,我们结合了这些方法的好处:我们报告了一个$700\,\mathrm{ns}$两离子纠缠门,利用被困里德伯离子之间的强偶极相互作用,并产生一个贝尔态与$78\%$保真度。门误差的来源被识别,并预测低于$0.2\%$的总误差的实验可实现的参数。此外,我们预测,剩余耦合到运动模式贡献$\sim 10^{-4}$门误差在一个大的离子晶体的100个离子。这为显着加速和扩大捕获离子量子计算机和模拟器提供了新的途径。
2019-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Universal gate-set for trapped-ion qubits using a narrow linewidth diode laser
我们报道了一种基于捕获$^{88}$ Sr $^+$离子的用于量子信息处理的高保真通用光量子比特门的实现。使用窄线宽二极管激光器进行所有相干操作。我们采用了主从配置的激光器,其中超低膨胀玻璃(ULE)法布里-珀罗腔被用作稳定的参考以及光谱滤波器。我们使用修正的Ramsey序列的离子来表征激光光谱,该序列消除了磁场噪声的影响。我们展示了高保真单量子位门与个人寻址,基于非均匀微动,在两个离子链以及莫默-索伦森两量子位纠缠门。
2015-05-11 physics.atom-ph quant-ph
Cubic Phase Gate with a Trapped Ion Oscillator
Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore(新加坡国立大学量子技术中心);Department of Physics, National University of Singapore(新加坡国立大学物理系)
本文实验演示了一种通过数值优化态相关力脉冲来近似三次相位门的协议,适用于真空和低α相干态输入,并验证了其性能,可扩展至其他非线性幺正操作。
2026-09-29 physics.atom-ph quant-ph
Comparison of Spontaneous Emission in Trapped Ion Multiqubit Gates at High Magnetic Fields
该研究理论分析强磁场下囚禁离子的光移门与莫尔默-索伦森门的自发辐射退相干,对比不同参数下的性能,给出最优条件与磁场依赖关系,并探讨可媲美现有水平的替代构型。
2023-04-28 physics.atom-ph quant-ph
Theory of robust multi-qubit non-adiabatic gates for trapped-ions
在量子计算机上执行量子算法的流行方法是将算法分解为通用门的级联,通常是单量子位门和双量子位门。然而,这样的分解导致长的门序列,其在量子位寄存器大小上是指数的。此外,当作用于较大的量子位寄存器时,门的量子数趋于减小。因此,在大量子位寄存器中的高保真实现仍然是一个突出的挑战。在这里,我们提出并研究了多量子比特纠缠门的捕获离子。我们的门一次耦合许多量子位,允许减少使用的门的总数,同时保持高的门保真度。我们的方法采用了所有的正常模式的运动的离子链,这允许操作以外的绝热制度,并在利率相媲美的长期离子捕获频率。此外,我们扩展了我们的方法生成适合于量子模拟的哈密顿量,如最近邻自旋哈密顿量或苏-施里弗-海格尔哈密顿量。
2019-11-08 physics.atom-ph quant-ph
Transport-enabled entangling gate for trapped ions
我们实现了一个两量子比特纠缠Mølmer-Sørensen相互作用,通过传输两个共同捕获的$^{40}\mathrm{Ca}^{+}$离子通过一个固定的,双色光束内的表面电极保罗陷阱。我们描述了一个程序,用于实现一个恒定的多普勒频移在运输过程中,使用精细的时间调整的移动限制潜力。通过激光束传输的离子的固定相互作用持续时间以及动态变化的交流斯塔克位移需要改变用于固定门的校准程序。我们使用的相互作用,以产生贝尔态与那些在同一系统中进行的固定门的结晶度相称。这一结果确立了将离子输运积极纳入量子信息纠缠操作的可行性。
2022-02-01 physics.atom-ph quant-ph
Fast multi-qubit global-entangling gates without individual addressing of trapped ions
提出并研究了在囚禁离子系统中加速纠缠操作的方法。首先,我们找到了一个方案,可以提高两量子比特门的速度,而不受陷阱频率的限制,这被认为是基本的限制。其次,我们研究了同时纠缠两个以上量子比特的快速门方案。我们采用在激光束上施加多个频率分量的方法进行门操作。特别地,为了避免从耦合到载流子跃迁的无限项,我们在这里集中于相位不敏感门方案。我们仔细研究了超过Lamb-Dicke近似极限的运动模的大激发的影响,包括Lamb-Dicke参数的二阶项。我们研究了没有单独寻址要求的多量子比特全局纠缠门的速度极限。此外,我们的门可以不敏感的初始运动相位的波动,这是很难稳定的相位不敏感的门计划。
2022-06-17 physics.atom-ph quant-ph
One- and two-qubit gate infidelities due to motional errors in trapped ions and electrons
在这项工作中,我们推导出的解析公式,确定错误机制的影响,一个和两个量子比特门被困离子和电子。首先,我们分析,并推导出表达式,驱动场的不均匀性对单量子位门的量子数的影响。其次,我们推导出两个量子比特门误差的表达式,包括静态运动频率偏移,陷阱非谐性,场不均匀性,加热和运动失相。我们表明,对于小的误差,我们的每个表达式不忠收敛到各自的数值模拟,这表明我们的公式足以确定误差预算高保真门,避免在未来的项目中的数值模拟。所有的推导都适用于任何内部量子比特态,以及离子晶体运动在Fock态基中为对角的任何混合态。我们的静态动态频移,陷阱非谐性,加热,和动态退相的治疗适用于激光为基础的和无激光的门,而我们的治疗领域的不均匀性适用于无激光系统。
2022-02-10 physics.atom-ph quant-ph
Hybrid quantum computation gate with trapped ion system
量子计算的混合方法同时利用离散和连续变量,这为相同的物理资源提供了更高密度的编码和处理能力。被囚禁的离子具有离散的内部状态和运动模式,可以在无限维希尔伯特空间中用连续变量描述,为这种方法提供了一个天然的平台。通用量子计算的非线性门可以用条件分束器哈密顿量$|e\rangle \langle e| ( a^{\dagger} b + a b^{\dagger})$来实现,该哈密顿量根据离子的内部状态交换两个运动模式的量子态。我们实现了这样一个门,并展示了它的应用量子态重叠测量,单次宇称测量,和NOON态的产生。
2019-08-27 physics.atom-ph quant-ph
Coherent control of a single trapped Rydberg ion
囚禁里德堡离子是量子计算和模拟的一种新方法。他们的设想是将捕获离子量子位的精细控制与已经在中性原子实验中证明的快速双量子位里德堡门结合起来。相干里德堡激发是这些门的关键要求。在这里,我们进行了第一次相干里德伯激发的离子,并执行单量子比特里德伯门,从而展示了一个被困里德伯离子量子计算机的基本要素。
2017-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Dipole-phonon quantum logic with trapped polar molecular ions
被捕获的分子离子的电偶极矩与受限库仑晶体的构型之间的相互作用将分子的取向与其运动耦合。我们考虑利用这种相互作用来初始化、处理和读出编码在分子离子量子比特中的量子信息而不需要光学照射分子的实际可行性。我们提出了两种方案,其中分子离子可以与共捕获的原子离子量子比特纠缠,提供了一种用于分子状态制备和测量的方法。我们还表明,虚声子交换可以显着提高分子间偶极-偶极相互作用的范围,允许广泛分离的分子离子量子比特之间的强耦合。
2019-09-05 physics.atom-ph quant-ph
High fidelity quantum gates of trapped ions mediated by a dissipative bus mode
我们描述了在耗散总线模式下囚禁离子的纠缠量子门的最佳实现。通过适当成形的控制脉冲,可以在保持介导的相互作用的同时显著降低离子-声子纠缠。
2016-10-26 quant-ph
Analysis of the action of conventional trapped-ion entangling gates in qudit space
P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所);Russian Quantum Center, Skolkovo(俄罗斯量子中心)
本文分析了多级量子系统中常规捕获离子纠缠门的相位作用,提出补偿方法以提高门的鲁棒性和电路分解效率。
2026-09-04 physics.atom-ph quant-ph
A scheme for quantum-logic based transfer of accuracy in polarizability measurement for trapped ions using a moving optical lattice
针对囚禁离子光原子钟受黑体辐射影响产生钟跃迁频移、现有极化率测量受激光功率校准精度限制的问题,提出基于量子逻辑的极化率测量精度转移方案,无需高精度激光功率校准,还可参照类氢离子实现高精度极化率转移。
2024-01-16 physics.atom-ph quant-ph
A two-dimensional architecture for fast large-scale trapped-ion quantum computing
量子计算机的构建模块已经在小型到中型系统中得到了验证。囚禁离子系统作为一种领先的平台,受到了广泛的关注。在这个系统中的一个重大挑战是结合快速高保真门的可扩展性和方便的离子阱制造。在这里,我们提出了一个大规模的量子计算的架构与二维阵列的原子离子捕获在如此大的距离,这是方便的离子阱的制造,但通常被认为是不适合的量子计算,因为传统的门会太慢。使用门操作远离兰姆-迪克区域,我们表明,快速和强大的纠缠门可以实现在任何大型离子阵列。门操作本质上是并行的,并且对热噪声具有鲁棒性,这与所提出的架构的高速度和可扩展性一起,使得这种方法对于大规模量子计算是有吸引力的。
2020-04-24 physics.atom-ph quant-ph
Comparison of trapped-ion entangling gate mechanisms for mixed species
本文对比了混合离子种类体系中光移门与Mølmer-Sørensen门的差异及相位稳定性,并在Ca⁺/Sr⁺量子比特上实现99.8%和99.6%的保真度。
2025-09-22 physics.atom-ph quant-ph
Signal processing techniques for efficient compilation of controlled rotations in trapped ions
具有许多控制量子位的量子逻辑门在许多量子算法中是必不可少的,但在当前的实验中仍然具有挑战性。囚禁离子量子计算机本身具有不同类型的纠缠操作,即莫尔默-索伦森(MS)门,它有效地将伊辛相互作用同时应用于所有量子位。我们考虑一个序列的平等的所有对所有MS操作,交错与单量子位门,只作用于一个特殊的量子位。结合量子信号处理技术,我们发现当且仅当所有其他量子比特都处于这种状态时,对特定量子比特进行任意SU(2)旋转是可能的|1>。这种具有N-I个控制量子位的受控旋转门需要MS门的2N个应用,并且可以通过将单个量子位降级到辅助来映射到传统的Toffoli门。
2020-05-07 physics.atom-ph quant-ph
Experimental evidence for dipole-phonon quantum logic in a trapped calcium monoxide and calcium ion chain
本研究在室温下用 trapped 氧化钙和钙离子链实验实现了偶极-声子量子逻辑,观测到统计显著性下界为 4.1σ 的信号,验证了该方法用于分子离子量子比特控制的可行性。
2024-11-11 physics.atom-ph quant-ph
Generally noise-resilient quantum gates for trapped-ions
提出一种针对囚禁离子链的纠缠门方案,在多种误差源下利用激发态运动实现高保真度操作,包含所有运动模式并增强对加热效应和失谐误差的鲁棒性,助力构建可扩展量子计算机。
2024-04-19 quant-ph
A quantum phase gate implementation for trapped ions in thermal motion
提出了一种利用单驻波激光脉冲实现热运动囚禁离子量子控制相位门的新方案。该方案不采用旋转波近似,而是利用算子的反旋转项。我们还证明了同样的方案可以用来产生最大纠缠态的$N$囚禁离子由一个单一的激光脉冲。
2002-04-30 quant-ph
State-dependent Gaussian gate set using an optical tweezer for trapped ions
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);Paul Scherrer Institut (PSI)(保罗谢尔研究所);Institute for Quantum Electronics, ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院量子电子学研究所);Department of Physics, University of Trieste(的里雅斯特大学物理系);Quantum Center, ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院量子中心)
本文利用光镊对囚禁40Ca+离子的运动模式实现态依赖的高斯门集,包括局部位移、压缩、相空间旋转和分束器操作,并通过光镊的相干自旋-运动耦合产生运动猫态。
2026-07-02 physics.atom-ph quant-ph
Breaking the entangling gate speed limit for trapped-ion qubits using a phase-stable standing wave
本文提出利用相位稳定驻波独立调控载波与运动耦合,将载波耦合抑制18倍并增强自旋-运动耦合,从而突破传统行波Mølmer-Sørensen门的速度极限,在囚禁离子量子比特上实现了15 μs的纠缠门。
2023-10-19 physics.atom-ph quant-ph
Laser-free trapped ion entangling gates with AESE: Adiabatic Elimination of Spin-motion Entanglement
本文提出一种无激光囚禁离子纠缠门方案,通过绝热消除自旋-运动纠缠(AESE)抑制多模式噪声,降低对运动退相干的敏感性,可在多普勒温度下实现高保真门操作。
2023-11-13 physics.atom-ph quant-ph
Error-resistant Single Qubit Gates with Trapped Ions
相干操作构成的单和多量子位量子门与捕获离子的实施证明,对实验参数和固有的不确定性的系统参数的变化是强大的。特别是,使用最优控制理论开发的脉冲被证明是第一次与被困离子。它们的性能作为误差参数的函数进行了系统的研究和比较复合脉冲。
2006-12-13 quant-ph
A simple trapped-ion architecture for high-fidelity Toffoli gates
我们讨论了一个简单的架构,量子Toffoli门实现使用三个被困离子。门,这在原则上可以实现一个单一的激光诱导操作,是有效的,而一般的条件下,是惊人的鲁棒性(在任何实验现实的范围内的值)对失相,加热和随机波动的哈密顿参数。我们提供了一个完整的表征酉和噪声影响的门使用三量子比特量子过程层析成像。
2010-12-08 quant-ph
Quantum gates with "hot" trapped ions
我们提出了一个方案,执行一个基本的两个量子比特门之间的两个被困离子使用原子干涉的想法。与J. I. Cirac和P.Zoller,Phys.Rev.Lett. 74,4091(1995),它不需要激光冷却到运动基态。
1997-12-04 quant-ph
Individual addressing of trapped $^{171}$Yb$^+$ ion qubits using a MEMS-based beam steering system
单独操纵数量不断增加的量子比特的能力是对具有捕获离子的可扩展量子信息处理的许多挑战之一。利用微机电系统(MEMS)技术制造的微反射镜,我们将激光束聚焦在线性链中的单个离子上,并在二维中控制焦点。我们演示了多个$^{171}$ Yb $^+$量子位上的顺序单量子位门,并使用量子态层析来表征门的性能。我们的系统具有可忽略不计的串扰相邻离子($< 3\times 10^{-4}$),和开关速度相当于典型的单量子位门时间($<$ 2 $μ$ s)。
2014-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Zeeman-Splitting-Assisted Quantum Logic Spectroscopy of Trapped Ions
提出了一种基于磁$g$ -因子的量子逻辑方案来探测处于不同角动量态的原子和分子离子。状态相关的磁$g$因子意味着在给定的磁场中,电子态、转动态或超精细态可以通过它们的塞曼分裂来区分。驱动所选塞曼分裂的运动边带使得能够用辅助逻辑离子读出角动量的相应状态。作为一个证明的原理演示,我们表明,我们可以检测到一个${^{174}}$ Yb $^+$离子的基态电子状态使用${^{171}}$ Yb $^+$作为逻辑离子。此外,我们可以区分处于其基态电子态的${^{174}}$ Yb $^+$离子与处于亚稳态${^{2}}D_{3/2}$的$^+$离子。我们讨论了该方案对分子离子转动态检测的适用性。
2014-12-17 physics.atom-ph quant-ph
Realization and Calibration of Continuously Parameterized Two-Qubit Gates on a Trapped-Ion Quantum Processor
本文在QSCOUT离子阱处理器上实现连续参数化Mølmer-Sørensen门,通过校准光移和虚拟相位推进,实现任意角度纠缠并提升性能,最终将XX相互作用转换为ZZ相互作用。
2025-04-08 physics.atom-ph quant-ph
Pulsed force sequences for fast phase-insensitive quantum gates in trapped ions
我们展示了如何创建任意速度之间的被困离子的量子门,使用激光行走波,与完全不敏感的光学相位漂移,只需要冷却到兰姆-迪克制度。我们提出的脉冲序列,满足要求,很容易在实验室中产生。
2013-12-19 quant-ph
Quantum Logic with a Single Trapped Electron
我们建议使用一个被困的电子来实现量子逻辑操作。基本的控制非门被证明是可行的。这两个量子比特存储在内部和外部(运动)自由度中。
1999-12-02 quant-ph
Dual-Species, Multi-Qubit Logic Primitives for Ca+/Sr+ Trapped-Ion Crystals
我们证明了关键的多量子位量子逻辑原语的双物种捕获离子系统的基础上$^{40}$钙+和$^{88}$锶+离子,使用两个光学量子位量子逻辑控制频率在红色到近红外范围。所有的电离,冷却和控制波长在一个波段类似的两个物种和可见光中心,并具有良好的质量比交感冷却,这对是一个有前途的候选人可扩展的量子信息处理。基于Moelmer-Soerensen相互作用和低温表面电极阱的同种和双物种两量子比特门,通过生成纠缠态的保真度来表征;我们在Ca+ - Ca+和Sr+ - Sr+门中分别实现了98.8(2)%和97.5(2)%的保真度。对于类似的Ca+ - Sr+栅极,我们实现了94.3(3)%的保真度,并且在Sr+ - Ca+ - Sr+晶体配置中实施用Ca+交感冷却离子执行的Sr+ - Sr+栅极,我们实现了95.7(3)%的保真度。这些基元形成了一组捕获离子能力,用于具有交感冷却和辅助读出的逻辑或用于一般量子计算和通信应用的状态转移。
2019-05-30 physics.atom-ph quant-ph
Trapped Rydberg Ions: From Spin Chains to Fast Quantum Gates
本文研究了束缚在线性Paul阱中的里德伯离子的动力学行为,讨论了在构成阱的静态和含时电场存在下离子里德伯态的性质。研究了多离子系统中的相互作用,导出了线性离子链的内电子态和外振子模的耦合方程。我们表明,强偶极-偶极离子之间的相互作用可以通过微波修整场实现。利用具有大量子亏损的低角动量态,可以将内部动力学映射到一个描述离子晶体中里德伯激发动力学的一对缀饰里德伯态的有效自旋模型上。我们证明了通过离子链的激发转移可以在纳秒的时间尺度上实现,并讨论了在离子链中实现快速双量子位门。
2008-04-19 physics.atom-ph quant-ph
A magnetic-field insensitive gate set for trapped-ion nuclear spin qubits
ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);ZuriQ AG(ZuriQ公司)
本文提出一套完整的磁场不敏感门组,利用电子自旋实现快速双量子比特相位门,同时保留核编码以保护量子比特免受磁场影响,适用于高磁场阱离子核自旋量子比特。
2026-09-30 physics.atom-ph quant-ph
A proposal of quantum logic gates using cold trapped ions in a cavity
我们提出了一个方案,用于实现逻辑门在一个被困离子内的高Q腔。离子同时与(经典)激光场以及(量子化)腔场相互作用。我们证明,简单地通过调整离子的内部水平与频率的字段,它是可能的构建一个受控的非门在一个三步的程序,具有离子的内部以及运动水平作为量子比特。腔场作为辅助量子位,基本保持真空状态。
2002-08-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Trapped-ion quantum logic gates based on oscillating magnetic fields
振荡磁场和场梯度可以用于实现单量子比特旋转和纠缠多量子比特量子门,用于捕获离子量子信息处理(QIP)。随着在微制造的表面电极陷阱的电流产生的字段,它应该是可能的,以实现门的速度是可比的光诱导门的离子晶体和电极表面之间的现实距离。磁场介导的门有可能显着减少开销的激光束控制和运动状态初始化相比,目前的QIP实验与捕获离子,并将消除自发散射,在激光介导的门退相干的基本来源。
2008-05-14 quant-ph
Two-qubit controlled phase gate based on two nonresonant quantum dots trapped in a coupled-cavity array
提出了一种在非小跳变极限条件下,利用两个耦合光子晶体腔中的两个不同量子点,在经典激光场驱动下实现量子控制相位门的方案.在门操作期间,量子点都不被激发,而系统可以根据量子点的不同状态获得不同的相位。与单量子位操作一起,可以实现双量子位控制的相位门。
2011-04-13 quant-ph
Phase Control of Trapped Ion Quantum Gates
有几种已知的方案用于纠缠捕获的离子量子比特用于大规模量子计算。大多数是基于离子和外部光场之间的相互作用,将捕获离子的内部量子位态耦合到它们的库仑耦合运动。在本文中,我们研究了这些运动门计划的敏感性,通过嘈杂的外部控制领域引入的相位波动,并提出了技术来抑制所产生的相位退相干。
2005-05-27 quant-ph
Quantum controlled phase gate based on two nonresonant quantum dots trapped in two coupled photonic crystal cavities
提出了一种利用两个不同的量子点在两个耦合的光子晶体腔中被捕获并由经典激光场驱动实现双量子比特量子相位门的方案。在门操作期间,腔模和量子点都没有被激发,因此退相干可以被抑制。该系统可以根据量子点的状态获得相位,从而实现可控相位门。
2011-01-15 quant-ph
Spin-dependent forces on trapped ions for phase-stable quantum gates and motional Schrodinger-cat states
用于捕获离子量子逻辑门的FIGH方案使用双色激光场通过“自旋相关力”将内部量子比特态与外部运动耦合。“我们在这种耦合中引入了一个新的自由度,降低了它对相位退相干的敏感性。我们证明了一个单一的捕获$^{111}$镉$^+$离子的双色自旋相关的力量,并显示所产生的“薛定谔猫”运动状态的相位相干性取决于光谱的光场的安排。这直接适用于多个离子上的纠缠门的操作。
2004-11-09 quant-ph
Dissipation-assisted quantum gates with cold trapped ions
结果表明,通过同时施加两个激光场,可以一步实现两个量子比特的相位门和冷囚禁离子的基态之间的SWAP操作。在门操作期间的冷却是可能的,而不干扰计算,并且该方案不需要用于交感冷却的第二离子种类。相反,冷却激光器甚至稳定了系统的期望时间演变。这提供了与离子到共同振动模式的反耦合常数几乎相同数量级的门操作时间。
2002-09-19 quant-ph
Robust, self-consistent, closed-form tomography of quantum logic gates on a trapped ion qubit
我们介绍并实验证明:(1)一个称为“门集层析成像”(GST)的框架,用于自洽地表征黑盒量子器件上的整个量子逻辑门集;(2)一个显式的线性反转门集层析成像(LGST)的封闭形式协议,其可靠性与诸如局部极大似然值等病理无关;以及(3)一种简单的协议,用于在不参考目标门的情况下,基于其预测一组测试实验的良好程度,客观地对断层摄影估计的准确性进行评分。我们使用门集层析术来表征单个捕获离子量子比特上的一组Clifford生成门,并比较(i)标准过程层析术;(ii)线性门集层析术;和(iii)极大似然门集层析术的性能。
2013-10-16 quant-ph
Refocusing two qubit gates with measurements for trapped ions
动态解耦技术是提高栅极耦合度的首选方法。虽然这些方法在降低局部噪声和增加单量子比特操作的可靠性方面产生了非常令人印象深刻的结果,但处理两个量子比特门的噪声更具挑战性。主要的障碍是噪声时间尺度比两个量子比特门本身短,使得重聚焦方法不起作用。我们提出了一种基于测量和反馈的方法来重新聚焦两个量子比特门,这不能通过传统的方法重新聚焦。我们详细分析了这种方法的误差模型,这是相关的囚禁离子量子信息。
2016-04-20 quant-ph
Geometric quantum gate for trapped ions based on optical dipole forces induced by Gaussian laser beams
我们提出了一个量子逻辑门的实现通过内部状态依赖的位移的离子在一个线性的保罗陷阱所造成的光学偶极力。基于系统动力学的一般量子分析,我们考虑碱土金属离子的具体实现。对于实验上真实的参数,可以获得低至$10^{-4}$的门不稳定性。
2004-06-25 quant-ph
Noise Studies of Driven Geometric Phase Gates with Trapped Ions
我们提出了当在受激拉曼跃迁中实现时在[New J.Phys.15,083001(2013)]中引入的捕获离子驱动几何相位门的性能的研究。我们表明,在激光强度波动的存在下,门可以实现低于容错阈值的错误。我们还发现,为了减少由于光子散射低于容错阈值的错误,需要非常强烈的激光束,以允许在拉曼配置中的大失谐,而不影响门速度。
2013-12-11 quant-ph
Single-qubit-gate error below 10^-4 in a trapped ion
对于一个9 Be+俘获离子超精细态量子比特,我们证明了每个随机化单量子比特门的错误概率为2.0(2)x 10^-5,低于通常被认为足以用于容错量子计算的阈值估计10^-4。9 Be+离子被捕获在微制造的表面电极离子阱上方,并利用施加到阱电极的微波进行操纵。实现低单量子比特门错误是构建可扩展量子计算机的重要一步。
2012-04-19 quant-ph
Trapped-Ion Entangling Gates Robust Against Qubit Frequency Errors
纠缠操作是大规模量子信息处理的必要工具,但是随着量子比特数量的增加,实验的不完善性会阻止当前方案达到足够的纠缠度。在这里,它是数字显示如何多色调的标准陷阱离子纠缠门的推广,可以同时对噪声和错误设置的频率的各个量子比特鲁棒。这放松了捕获场所需的均匀性程度,使物理上更大的系统更实用。
2020-04-15 quant-ph
Fast phase gates with trapped ions
我们利用光滑态依赖力实现了快于绝热的双量子比特相位门。力被设计为不留下最终的运动激励,独立于谐波、小振荡极限中的初始运动状态。它们是简单的,明确的时间函数和所需的逻辑相位的门,是基于二次不变量的运动和刘易斯-Riesenfeld阶段的正常模式。
2016-12-02 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
Conditional implementation of a quantum phase gate with distant atoms trapped in different optical cavities
我们提出了一个利用囚禁在不同光腔中的远距离原子有条件实现量子相位门的方案。本方案利用光腔中衰减的偏振光子的量子干涉,在两个相距较远的原子之间有条件地产生所需的量子相位门,而不是原子之间的直接相互作用。该方案只需要线性光学元件和双重符合探测,对量子噪声不敏感。该方案可直接用于制备多个远距离原子的任意量子态。
2004-01-09 quant-ph