On the stability of solutions to Schrödinger's equation short of the adiabatic limit
本文证明了一个适用于短于绝热极限时间尺度的绝热定理,通过直接刻画扰动的跨子空间效应,揭示了子空间动力学可主导全局动力学,从而解释了量子退火中比标准绝热定理更快的收敛现象。
2024-10-17 math-ph math.MP quant-ph
Adiabatic preparation of entangled, magnetically ordered states with cold bosons in optical lattices
分析了一种在光晶格中制备双组分玻色子原子磁有序态的方案。我们计算绝热和优化的时间相关斜坡期间的动力学,以产生有效自旋哈密顿量的基态,并确定实际实验系统的大小和时间尺度的退相干的鲁棒性。在有效自旋1/2和自旋1模型中,在相变点附近的斜坡参数产生纠缠自旋对称态,其在量子增强测量中具有潜在的未来应用。通过计算最终态的量子费舍尔信息来量化这些态的制备及其对退相干的鲁棒性。我们确定,有用的纠缠的产生一般应该是更强大的加热比它将暗示的状态保真度,与相应的实际应用的影响。
2020-08-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fast adiabatic-like spin manipulation in a two-electron double quantum dot
我们采用无跃迁量子驱动方法,通过含时电场控制自旋轨道耦合的双电子双量子点的电子自旋。在每个点中施加的电场的$x$和$y$分量被设计成在纳秒时间尺度内实现快速绝热状通过。为了简化设置,我们可以进一步通过z轴变换哈密顿量来设计替代的加速绝热通道,而不使用在$y$方向上施加的电场。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spatial non-adiabatic passage using geometric phases
基于绝热技术的量子技术可能非常有效,但通常以非常缓慢为代价。在这里,我们介绍了一组实验现实的,非绝热协议的空间状态准备,产生相同的保真度作为他们的绝热同行,但在快速的时间尺度。特别地,我们考虑一个带电粒子在一个系统中的三个隧道耦合量子阱,其中的磁场的存在下,可以诱导在隧道过程中的几何相位。我们表明,这导致复杂的隧穿振幅的外观,并允许实施空间非绝热通道。我们证明了这样一个系统的能力,在两个不同的井之间传输粒子,并在短时间内以高保真度在三个陷阱之间产生离域叠加。
2017-03-27 quant-ph
Non-adiabatic generation of NOON states in a Tonks--Girardeau gas
利用绝热技术,可以创建具有高保真度的量子叠加态,同时对系统的参数进行有限的控制。然而,由于这些技术与系统中的其他时间尺度相比较慢,因此它们通常不适合创建高度不稳定的状态或执行时间关键的过程。这两种情况都出现在量子信息处理中,其中纠缠态可能仅在短时间内与环境隔离,并且量子计算机需要快速执行高保真操作。最近的研究表明,像最佳控制和绝热性的捷径等技术可以用来制备具有高保真度的非线性量子态。在这里,我们提出了两个例子,这些技术可以用来创建最大纠缠的多体NOON状态在一维Tonks-Girardeau气体。
2016-01-04 quant-ph
Adiabatic modulation of driving protocols in periodically driven quantum systems
本文提出通过缓慢调制周期驱动协议中势场开关时刻,实现绝热演化,从而调控自旋-1/2系统有效哈密顿量的拓扑性质,并应用于任意周期驱动以产生所需拓扑效应。
2025-02-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Harnessing non-adiabatic excitations promoted by a quantum critical point
由于能隙的闭合,在有限时间内跨越量子临界点挑战绝热条件,这最终导致激发的形成。这种非绝热激发在许多情况下通常被认为是有害的,因此已经提出了几种策略来避免它们的形成。然而,在这里,我们展示了如何控制这些非绝热激发-起源于由于量子临界点的存在而未能满足绝热条件-从而利用它们来有利地执行某些任务。我们专注于封闭循环达到量子临界点的全连接模型分析两个例子。首先,通过接近量子临界点来加载的量子电池,其存储和可提取的工作通过重复循环呈指数级增加。第二,快速制备包含多体纠缠的自旋压缩态的方案。在这两种情况下,相应的品质因数关键取决于普适临界指数和在过渡附近驱动系统的协议的缩放。我们的研究结果突出了量子热力学和计量学与临界非平衡动力学之间的相互作用。
2021-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Unstructured Randomness, Small Gaps and Localization
研究了随机代价函数下量子绝热算法的哈密顿量。由于代价函数缺乏结构,我们可以证明有关基态的结果。我们发现当比特数变为无穷大时,基态能量,表明最小间隙以指数方式迅速变为零,并且我们看到局域化转变。我们证明了在演化结束时没有能级接近基态。我们不知道该模型的哪些特征被应用于可满足性的随机实例的量子绝热算法所共享,因为尽管它们是随机的,但它们确实具有位结构。
2010-09-30 quant-ph
Time Dependent Markovian Quantum Master Equation
我们构造了一个耦合到热浴的受驱动系统的量子马尔可夫主方程。推导利用了驱动系统的传播子的显式解。这使得主方程的有效性能够扩展到绝热极限之外。非绝热主方程(NAME)推导采用弱系统浴耦合限制。当浴槽动力学和外部驱动之间存在时间刻度分离时,NAME有效。与绝热主方程相反,NAME导致人口和相干性的耦合运动方程。我们使用NAME来解决一个开放驱动的含时谐振子的例子。对于谐振子,NAME预言了与耗散项相关的相干性的出现。作为非绝热驱动的结果,热化速率被抑制。数值计算和绝热主方程的解决方案进行了比较。
2018-10-31 quant-ph
Quantum quench dynamics as a shortcut to adiabaticity
针对大系统中绝热能隙随尺寸指数减小导致制备基态困难的问题,基于里德堡原子阵列实验开发并验证了“sweep-quench-sweep”量子算法,通过引入淬火步骤有效缩短发散的绝热时间尺度,显著优于传统绝热算法,为大规模多体量子系统提供绝热捷径。
2024-05-31 physics.atom-ph quant-ph
Realizing leakage elimination operator-based adiabatic speedup on a superconducting quantum processor
College of Physics and Optoelectronic Engineering, Ocean University of China(中国海洋大学物理与光电工程学院);China Mobile (Suzhou) Software Technology Co., Ltd(中国移动(苏州)软件技术有限公司);School of Sciences, Qingdao University of Technology(青岛理工大学理学院)
本文在IBM超导量子处理器上实验实现了基于泄漏消除算子(LEO)的绝热加速,通过优化脉冲提高了短时间内的绝热保真度,验证了该策略在真实硬件上的可行性。
2026-05-31 quant-ph
Non-adiabatic quantum state preparation and quantum state transport in chains of Rydberg atoms
受光晶格中冷原子实验操作的最新进展的启发,我们研究了三种不同的方案在里德伯原子链中非绝热量子态制备和态输运。我们讨论的协议是基于原子之间的封锁机制,当激发到里德伯态时,通过范德华势相互作用,并依赖于单点寻址。具体来说,我们讨论协议有效创建一个反铁磁GHZ状态,一类矩阵产品的状态,包括所谓的里德伯晶体和一个单量子位量子态之间的原子链两端的状态传输。我们确定的系统参数,允许操作的时间尺度上的协议短于里德堡态的寿命,同时产生高保真度的输出状态。我们讨论了位置无序对所产生的状态的影响,并评论由于其他来源的噪声,如辐射衰减的里德伯态的限制。该协议为基于里德伯原子的量子信息处理平台的性能测试提供了一个测试平台。
2017-12-06 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Time-Convolutionless Master Equation Applied to Adiabatic Elimination
本文利用时间无卷积主方程框架重新表述绝热消除方法,证明其与几何方法等价,并通过典型示例展示实用计算流程,从而桥接两种方法并拓展其适用范围。
2025-05-09 quant-ph
Non-Adiabatic Quantum Optimization for Crossing Quantum Phase Transitions
针对有限时间内多体量子系统基态穿越量子相变时绝热性破坏引发的激发问题,受Kibble-Zurek机制启发分析现有最优控制程序的绝热性时间尺度,提出非绝热量子优化(NAQO)框架,利用Landau-Zener公式并考虑高激发态作用,在多种模型中性能优于现有方法。
2025-02-13 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
Creation and manipulation of surface code defects with quantum optimal control
本研究针对表面码缺陷创建传统协议依赖绝热动力学的问题,采用量子最优控制技术,突破绝热性限制,实现了缺陷创建及量子计算关键操作,显著提升了操作速度。
2024-06-01 quant-ph
Quantum Shortcut to Adiabaticity for State Preparation in a Finite-Sized Jaynes-Cummings Lattice
本文提出一种用于有限尺寸 Jaynes-Cummings 晶格态制备的量子绝热捷径,通过施加反绝热驱动并利用对称性转化为局域耦合,在显著缩短的时间尺度上实现了对噪声鲁棒的高保真态制备。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microsecond-Programmable Synthetic Quantum Matter: Circumventing the Adiabatic Bottleneck for Heisenberg-Limited Metrology
Independent Researcher, Macau 999078, China
提出非绝热Floquet协议,在单腔BEC中动态合成TAT相互作用,快速产生海森堡极限自旋压缩,绕过绝热瓶颈,实现微秒级计量。
2026-09-29 quant-ph
Eigenstate Tracking in Open Quantum Systems
将量子系统保持在给定的瞬时本征态是具有许多应用的控制问题,例如,在量子信息处理中。这个问题在开放量子系统中更具挑战性,因为环境介导的跃迁会引入额外的退相干通道。绝热通过是一个完善的解决方案,但需要足够慢的演化时间,这是由绝热定理决定的。在这里,我们发展了一个系统的投影理论公式的一般开放量子系统的时间局域主方程描述的无跃迁演化。对于给定的含时哈密顿量,我们导出了目标瞬时本征态的无时间卷积动力学方程。一个无跃迁的动态,然后出现在平均哈密顿间隙和退相干率,这意味着最佳绝热性时标之间的竞争。我们展示了如何通过控制脉冲实现本征态跟踪,而不明确地将反非绝热驱动,从而提供了一种替代路线的捷径绝热性。我们研究矩形脉冲,混沌信号,和白噪声,并发现,值得注意的是,本征态跟踪的有效性几乎不依赖于控制函数的细节。在所有情况下,控制协议保持系统在所需的瞬时本征态在整个演变,沿着加速绝热路径。
2016-05-24 quant-ph
Counterdiabatic, Better, Faster, Stronger: Optimal control for approximate counterdiabatic driving
本论文提出COLD方法,将最优控制与近似反绝热驱动结合,在保持绝热条件的同时加速量子动力学并最大化抑制非绝热效应。
2024-03-29 quant-ph
Complete positivity violation of the reduced dynamics in higher-order quantum adiabatic elimination
本文研究了复合Lindblad系统的高阶量子绝热消去模型降阶技术,通过两个反例证明高阶渐近展开会破坏约化动力学的完全正性,且任何参数化选择都无法恢复,揭示了快慢自由度间不可避免的关联。
2024-06-04 quant-ph
Suppressing classical noise in the accelerated geometric phase gate by optimized dynamical decoupling
在量子计算的场景中,几何相位门由于其固有的对干扰的容错性而变得越来越有吸引力。随着绝热循环演化,Berry相似乎实现了几何变换。然而,由于系统误差,在相干时间尺度内尽可能多地执行量子门仍然是一个不方便的瓶颈。本文提出了一种基于Berry相位、无跃迁驱动和动力学解耦的加速绝热量子门。它在存在控制噪声或缺陷的情况下协调了高保真度和高速。我们优化的动态解耦序列在时域下流行的高斯噪声频谱的逆二次幂律。
2022-08-04 quant-ph
Counterdiabatic-influenced Floquet-engineering: State preparation, annealing and learning the adiabatic gauge potential
提出CAFFEINE混合技术,通过参数化Floquet哈密顿量并利用数值最优控制实现反绝热驱动,无需显式反绝热项,用于量子态制备与退火,并具备学习反绝热项以探测量子混沌的潜力。
2025-01-24 quant-ph
Quantum adiabatic optimization with Rydberg arrays: localization phenomena and encoding strategies
针对量子绝热优化中编码策略的量子开销问题,研究里德堡阵列编码方案的能隙标度与局域化,提出量子感知改进方法,实现绝热性能指数提升,强调编码时需考虑量子效应。
2025-04-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas physics.atom-ph
Experimental signature of programmable quantum annealing
量子退火是一种借助量子绝热演化求解困难优化问题的通用策略。分析和数值证据都表明,在理想化的封闭系统条件下,量子退火可以优于基于热化的经典算法,如模拟退火。工程量子退火设备有效地执行经典热化时,耦合到一个散肩热环境?为了解决这个问题,我们建立,使用超导磁通量子比特与可编程的自旋-自旋耦合,实验签名,这是一致的量子退火,并在同一时间与经典热化不一致,尽管退相干的时间尺度是数量级短于绝热演化时间。这表明,可编程量子设备,可扩展与当前的超导技术,实现量子退火与噪声和缺陷的惊人的鲁棒性。
2012-12-07 quant-ph
Adiabatic elimination and Wigner function approach in microscopic derivation of Open Quantum Brownian Motion
University of KwaZulu-Natal(夸祖鲁-纳塔尔大学);North-West University(西北大学);National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)(国家理论与计算科学研究所);Stellenbosch University(斯泰伦博斯大学)
本文通过绝热消除与Wigner函数方法推导了开放量子布朗运动的主方程,并研究了其动力学行为和方差特性。
2026-08-28 quant-ph
Long-time coherent quantum behaviour of the D-Wave machine
大量的实验已经证明了D-Wave量子计算机长时间运行的量子行为。据报道,单个通量量子比特的退相干时间为纳秒量级,这比在秒的时间尺度上进行计算所需的时间要短得多。在我们的贡献中,我们研究了一个模型的四个量子比特与一个声子耦合和(可选)的环境粒子的高密度的状态,称为gravonons。计算表明,当没有引力子存在时,量子比特中的电流在某个时候翻转,绝热演化停止。含时波泛函成为许多激发态的不可校正的叠加。结果表明,当考虑引力子纠缠时,可以有效地抑制电流翻转,并允许继续绝热演化。然而,这种绝热演化是高维时空中的相干演化,不能理解为四维时空中薛定谔含时方程的解。与薛定谔的时间发展相比,演化速度大大减慢,但仍然是绝热的。我们的模型的性质正确地反映了实验发现的行为的D波机和解释的因素$10^8$的差异之间的退相干时间和量子计算时间。观察和我们的解释是在类比的$10^8$差异因子发现,当比较实验结果的吸附质量子扩散速率与薛定谔的时间依赖方程的预测,这也可以解决在一个模型中的耦合到引力子。
2015-03-31 quant-ph
Quantum Coherent Control via Pauli Blocking
对多粒子量子系统的相干量子控制需要高保真度的动力学。实现这一点的一种方法是使用绝热方案,其中系统在不允许过渡到其他状态的时间尺度上遵循哈密顿量的瞬时本征态。然而,这使得控制动态非常缓慢。在这里,我们介绍另一个概念,利用防止不必要的跃迁在费米子系统中使用泡利阻塞:从一个受保护的基态激发到更高的躺态被避免通过添加一层缓冲费米子,这样的受保护的费米子不能过渡到更高的躺激发态,因为这些已经被占领。这允许加速系统的绝热演化。我们对该技术进行了深入的研究,并将其应用于非简谐阱中超冷原子系统的高保真输运、陷阱扩展和分裂,证明了该技术的强大功能。这些过程的密切分析也导致洞察结构的正交性突变现象。
2017-05-12 quant-ph
Optimal diabatic dynamics of Majorana-based quantum gates
在拓扑量子计算中,量子比特上的幺正操作是通过非阿贝尔准粒子的绝热编织来执行的,例如马约拉纳零模式,并且被保护免受局部环境扰动。在绝热状态下,时间尺度由系统的倒数间隙设定,通过更慢地执行过程,可以使误差任意小。为了提高基于Majorana零模的量子信息处理的性能,我们将最优控制理论应用于基于Majorana零模的量子比特的非绝热动力学。虽然我们牺牲完整的拓扑保护,我们施加限制的最佳协议,以利用非局部性质的拓扑信息,并增加我们的门的鲁棒性。通过使用庞特里亚金的最大值原理,我们证明了强大的等效门完美的绝热编织可以实现在有限的时间内,通过最佳的脉冲。在我们的实现中,避免了对设备哈密顿量的修改。针对热孤立系,我们研究了校准误差和外部白噪声和$1/f$(粉红色)噪声对基于Majorana门的影响。虽然噪声引起的反绝热行为,其中一个较慢的过程中创建更多的非绝热激发,禁止无限增强的绝热方案的鲁棒性,我们的快速优化协议表现出显着的稳定性噪声,并有可能显着提高基于马约拉纳的信息处理的实际性能。
2017-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Micromotion-Enhanced Fast Entangling Gates For Trapped Ion Quantum Computing
捕获离子系统中的RF引起的微运动通常被最小化或规避,以避免绝热过程(例如多离子门操作)的非共振耦合。非绝热纠缠门(所谓的“快速门”)不需要特定运动边带的分辨率,因此不限于比捕获周期更长的时间尺度。我们发现,设计用于无微动环境的快速门在微动的存在下显着降低了保真度。我们表明,当快速门的设计考虑到RF引起的微动,他们可以,事实上,在没有微动的情况下,执行快门。由于激光引起的状态相关力引起能量偏移,该能量偏移被产生微运动的状态无关力放大。这种增强存在于所有捕获参数中,并且对实验误差的现实来源具有鲁棒性。这一结果为可扩展的2D架构上的快速双量子位纠缠门铺平了道路,其中微动必须存在于至少一个离子间轴上。
2020-02-24 quant-ph
Global control and fast solid-state donor electron spin quantum computing
我们提出了一个基于半导体中施主电子自旋的量子信息处理方案,该方案的架构与最初的凯恩方案互补。我们表明,一个天真的实现电子自旋量子比特只提供了适度的改进凯恩计划,但通过引入全局门控制,我们能够充分利用快速电子演化的时间尺度。我们估计,在$T_{2}/T_{ops}$接近$10^{6}$水平的情况下,潜在时钟速度是核自旋量子计算机的100-1000倍。
2004-11-15 cond-mat.other quant-ph
Error-Resilient Fast Entangling Gates for Scalable Ion-Trap Quantum Processors
The Australian National University(澳大利亚国立大学);IonQ, Inc.(IonQ公司)
本文提出改进的门搜索方案,实现链中数十离子的局部和非局部两量子比特门,通过多目标机器设计方法减少误差影响,演示在当前线性离子阱处理器中实现微秒级高保真两量子比特门的可行性。
2026-05-16 quant-ph