Schmidt-number benchmark for genuine quantum memories and gates
我们建议应用施密特数的概念，以表明量子存储器或门过程是能够保持一个真正的多层次的量子相干性。我们提出了一个简单的标准，相对于两个相互无偏基地的输入状态的平均门保真度，并证明在几个现有的实验门操作的连贯性。施密特数基准自然包括量子基准作为特定情况。
2012-02-02 quant-ph
Towards the device-independent certification of a quantum memory
本文提出设备无关的量子存储器鲁棒自测试认证方法，并在固态系综实验中认证保真度0.87，适用于量子比特恒等信道设备表征。
2023-04-25 quant-ph
Surpassing millisecond coherence times in on-chip superconducting quantum memories by optimizing materials, processes, and circuit design
本研究通过多模态方法优化材料、工艺和电路设计，采用钽基材料与退火蓝宝石衬底降低介电损耗，在同轴隧道架构中实现了2.0-2.7 ms单光子Ramsey时间的芯片上量子存储器，创下最高相干性纪录。
2023-09-14 quant-ph
Measuring the quadrature coherence scale on a cloud quantum computer
本文首次在云端量子计算机 Borealis 上测量了压缩光和热光态的正交相干尺度 QCS，验证了干涉仪与光子计数探测器用于认证量子性的可行性。
2023-04-18 quant-ph
Quantum repeaters with imperfect memories: cost and scalability
记忆退相及其对量子中继器中纠缠产生速率的影响。对于依赖于概率方案的纠缠分布和连接的系统，我们估计我们的优化部分嵌套协议的最大可实现的速率每使用的内存。我们表明，对于任何给定的距离$L$，多项式缩放率与距离只能实现，如果量子存储器的相干时间的顺序为$L/c$或更长，与$c$是光的速度在通道中，是可用的。当相干时间为$τ_c \ll L/c$时，上述速率随着距离以$\exp[-\sqrt{(L/c)/ τ_c}]$的幂下降。
2009-09-12 quant-ph
Towards high-speed optical quantum memories
量子存储器能够可控地存储和释放光子，是量子计算机和量子通信的关键部件。到目前为止，量子存储器的带宽将数据速率限制在MHz。在这里，我们报告的相干存储和检索的亚纳秒低强度光脉冲的光谱带宽超过1 GHz的铯蒸气。新的记忆相互作用发生在一个远离共振的双光子跃迁，其中的记忆带宽是由一个强大的控制场动态产生。与现有的量子存储器相比，这允许数据速率增加近1000倍。存储器的工作总效率为15%，其相干性通过直接干扰存储和检索的脉冲来证明。热原子蒸汽中的相干时间是微秒级的-这是该存储器的预期存储时间限制。
2009-12-15 quant-ph
Sequential measurement-based quantum computing with memories
我们介绍了一个一般的计划，顺序单向量子计算的静态系统与长寿的量子相干性（记忆）相互作用的移动系统，可能具有非常短的相干时间。计算所需的簇状态的生成和测量所需的簇状态的消耗都是同时进行的。因此，有效的集群的一个空间维度比标准的方法是足够的计算。特别是，通用计算只需要一个一维的存储器阵列。该方案适用于任何维数的离散变量系统以及连续变量系统，并且根据图的局部补的观点，两者被等价地处理。通过这种方式，我们的形式主义引入了一个通用的框架，包含和概括在一个统一的方式，一些以前的系统依赖的建议。该过程本质上非常适合于原子-光子界面的实现。
2011-05-23 quant-ph
Certifying nonstabilizerness in quantum processors
INL – International Iberian Nanotechnology Laboratory（国际伊比利亚纳米技术实验室）；Centro de Física, Universidade do Minho（米尼奥大学物理中心）；Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto（波尔图大学理学院物理与天文学系）；Instituto Superior Técnico（里斯本高级技术学院）；Instituto de Telecomunicações（电信研究所）；Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense（弗鲁米嫩塞联邦大学物理研究所）
研究通过引入集合魔法概念，利用两态重叠不等式验证多量子比特集合的非稳定化性，实现多量子处理器间魔法认证无需纠缠。
2024-04-24 quant-ph
Tm$^{3+}$:Y$_3$Ga$_5$O$_{12}$ materials for spectrally multiplexed quantum memories
我们研究了795 nm的$^3$ H $_6$ $\leftrightarrow$ $^3$ H $_4$过渡在1%的Tm $^{3+}$：Y $_3$ Ga $_5$ O $_{12}$在温度低至1.2 K的光量子存储器的持续光谱剪裁的基础上窄吸收功能的相关光谱特性。我们的测量结果表明，这种过渡具有均匀的相干性超过56 GHz的带宽，和一个简单的超精细结构分裂的$\pm$ 44 MHz/T的寿命长达数小时。此外，我们发现一个$^3$ F $_4$人口寿命为64毫秒-观察到的最长的寿命在固体中的电子水平之一-和一个非常长的相干寿命为490 $μ$ s -有史以来最长的观察到的Tm $^{3+}$离子在晶体中的光学跃迁。我们的研究结果表明，这种材料允许实现宽带量子存储器，使光谱复用量子中继器。
2014-10-22 quant-ph
Long-lasting Quantum Memories: Extending the Coherence Time of Superconducting Artificial Atoms in the Ultrastrong-Coupling Regime
量子系统受到与环境相互作用的影响，通过两个过程引起退相干：纯退相和能量弛豫。为了实现量子信息处理，提高约瑟夫森量子比特和其他人工二能级原子的相干时间是非常重要的。我们从理论上表明，如果这些量子比特和腔场之间的耦合是纵向的，并在超强耦合制度，系统是强烈的保护，防止松弛。反之亦然，如果耦合是横向的，并且在超强耦合状态下，则系统被保护免于纯失相。利用弛豫抑制，我们证明了有可能提高它们的相干时间，并将这些量子比特用作量子存储器。事实上，为了保持纯粹的退相的相干性，我们证明，它是可以应用动态解耦。我们也使用一个辅助的原子层级来储存和撷取量子信息。
2018-03-16 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
A General Class of Functionals for Certifying Quantum Incompatibility
Scuola Normale Superiore（高等师范学院）；National Cheng Kung University（国立成功大学）；Adam Mickiewicz University（亚当·密茨凯维奇大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）
本文提出了一种通用的功能泛函框架，用于构建无需优化的非线性不相容性见证者，适用于量子引导、测量和仪器不相容性的证明，并通过两个操作相关的泛函验证了其有效性。
2026-01-05 quant-ph
Evidencing Macroscopic Quantum Coherence using Confined Uniform Magnetic Field
Raman Research Institute（拉曼研究所）；Bose Institute（玻色研究所）；University College London（伦敦大学学院）
本文提出一种利用受限均匀磁场创建并认证宏观物体相干叠加的新方案，通过自旋-空间纠缠实现仅用自旋测量认证，并基于NV色心纳米金刚石分析了其可行性。
2026-09-14 quant-ph
Percolation based architecture for cluster state creation using photon-mediated entanglement between atomic memories
许多量子技术的一个核心挑战是产生可单独寻址的量子存储器的大纠缠态。在这里，我们表明，渗透理论允许任意大的图形状态的快速生产预示着光子纠缠在原子存储器的晶格。这种方法可以大大减少产生用于量子信息处理的大型集群资源状态所需的时间，包括通用单向量子计算所需的状态。这种减少使我们的架构在一个操作制度，其中证明收集，耦合和检测效率是足够的通用量子计算在实验证明的相干时间内产生资源状态。该方法还免除了对耗时的前馈、高协同性接口和辅助单光子的需要，并且还可以容忍高速率的站点缺陷。我们还推导出原子存储器的最小相干时间，以可扩展地创建大规模光子纠缠，而无需前馈作为收集效率的函数，为未来的实验演示设定了一个关键的基准。我们还提出了一个变体的架构与远程连接，使我们的架构更有弹性的低网站收益率。我们分析我们的架构的氮空位（NV）中心的金刚石，虽然该方法适用于任何原子或类原子系统。
2019-08-27 quant-ph
A controlled ac Stark echo for quantum memories
提出了一种基于受控拉比触发的双重相位光子回波方案的受控交流斯塔克回波（CASE）量子存储协议。光子回波的双重重定相方案本质上满足量子存储器的无粒子数反转要求，但由此产生的吸收回波一直是一个基本问题。在本研究中，首先，在双重相方案中的第一个回波动态控制不影响第二个回波通过使用不平衡的交流斯塔克位移。其次，控制拉比脉冲相干地操纵第二回波以经由受控相干转换发射。由于交流斯塔克场的远离共振，本协议可以应用于量子存储器的实时擦除，缓冲和复用的波长选择性动态控制。
2016-12-13 quant-ph
Observable measure of quantum coherence in finite dimensional systems
量子相干性是量子技术的关键资源，在量子光学、信息处理、计量学和密码学等领域有着广泛的应用。然而，无论是在理论上还是在实验实践中，都没有普遍有效的方法来量化相干性。我介绍了一个测量有限维系统中量子相干性的框架。我定义了一个理论的措施，满足可靠性标准的背景下建立的量子资源理论。然后，我提出了一个实验方案可实现与当前的技术，评估的量子相干性的一个未知状态的d维系统通过执行两个可编程的测量辅助量子位，在全状态重建所需的$O(d^2)$直接测量的地方。该结果为监测复杂系统中的量子效应提供了基准，例如，证明量子通信和模拟协议中的非经典性，并探测生物复合体的量子行为。
2014-10-22 quant-ph
Generation of Narrow-Band Polarization-Entangled Photon Pairs for Atomic Quantum Memories
我们报道了一个通过腔增强自发参量下转换实现的线宽为9.6 MHz的窄带偏振纠缠光子源。该线宽与基于原子系综的量子存储器的典型线宽相当。通过合理设置不同偏振态之间的腔长差、采用温控标准具和主动稳腔，实现了单模输出。利用量子态层析技术对纠缠态进行了表征，得到了与最大纠缠态之间94%的保真度。通过双光子干涉直接测得相干长度为32 m。
2008-11-03 quant-ph
Precision requirements for spin-echo based quantum memories
由于自旋跃迁的不均匀加宽，自旋回波技术对于实现光的固态量子存储器中的长相干时间是必不可少的。有人提出，射频控制脉冲的不切实际的精度水平对于在量子水平上成功地进行消相干控制是必要的。在这里，我们详细研究了脉冲缺陷的影响，使用半经典和完全量子力学的方法。我们的研究结果表明，高效率和低噪声信号比可以实现的量子存储器在单光子制度的控制脉冲精度的现实水平。我们还分析了由于不完善的初始状态准备（光泵浦）的错误，表明它们可能是更重要的控制脉冲的错误，在许多实际情况下。这些结果对于固态量子存储器的未来发展至关重要。
2010-12-02 quant-ph
Noise in optical quantum memories based on dynamical decoupling of spin states
长寿命的光量子存储器对于在远程网络（例如量子中继器）上可伸缩地分配纠缠具有重要意义。长寿命存储通常依赖于将光学状态存储为自旋激发，因为这些通常表现出长的相干时间。为了延长存储时间超过本征自旋退相时间，可以使用动态解耦技术。然而，它已被证明，动态去耦引入噪声的基础上的原子系综的光量子存储器。在这篇文章中，提出了一个简单的模型来计算得到的信噪比，基于固有的量子存储参数，如光学深度的合奏。我们还描述了几个动态解耦序列，有效地减少这种特殊的噪声。我们的计算表明，在合理的实验条件下，达到超过一秒的存储时间应该是可行的。
2015-12-17 quant-ph
Entanglement Distillation and Swapping Scheduling in Quantum Repeaters with Noisy Memories
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Chicago（芝加哥大学）
研究有噪声量子中继器网络中纠缠蒸馏与交换调度，通过分析单跳设置及蒙特卡罗模拟两跳链，明确退相干对最优操作时间的影响，如不同相干时间下各策略优劣，为大规模架构链路级原理提供见解。
2026-07-28 quant-ph
Erbium Quantum Memory Platform with Long Optical Coherence via Back-End of Line Deposition on Foundry-Fabricated Photonics
memQ, Inc（memQ公司）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；American Institute for Manufacturing Integrated Photonics (AIM Photonics)（美国集成光子制造研究所）
本研究通过后端工艺沉积在晶圆光子学中实现铒量子存储平台，展示了长光学相干性和高可控性，为集体和单离子量子存储器提供了可制造平台。
2025-06-21 quant-ph
Coherence time of over a second in a telecom-compatible quantum memory storage material
光的量子存储器将是未来远程量子通信网络的基本组成部分。这些存储器通过将光的量子态可逆地映射到材料系统的量子跃迁上来操作。对于网络，这些跃迁的量子相干性时间必须比网络传输时间长，对于全球通信网络大约为100 ms。由于缺乏合适的存储材料，在1550 nm光纤通信频带中操作且存储时间大于1 μ s的量子存储器尚未被证明。在这里，我们描述了$^{167}$ Er $^{3+}:$ Y $_{2}$ SiO $_{5}$在高磁场中的自旋动力学，并证明这种材料具有在1550 nm通信波段的实用量子存储器的特性。我们观察到1.3秒的超精细相干时间。此外，我们证明了整个合奏到一个单一的超精细状态，第一次这样的演示在稀土系统和宽带自旋波存储的要求有效的光泵浦。该材料在1538 nm处的吸收率为70 dB/cm，并且$Λ$ -跃迁能够实现自旋波存储，是在电信波长处被确定为高效宽带量子存储器的第一候选材料。
2018-04-26 quant-ph
Protocol for certifying entanglement in surface spin systems using a scanning tunneling microscope
本研究提出一种利用扫描隧道显微镜认证表面自旋系统纠缠的协议，通过纠缠态独特时间演化特征与相位控制方案，结合弱耦合传感器自旋读出，经模拟验证可在亚开尔文温区测得纠缠相关信号。
2024-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-high-distance quantum memories from amplified qLDPC codes
Peking University（北京大学）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
本文提出距离放大器模块化构造，通过张量积放大qLDPC码的码距与认证电路距离，并证明乘法关系，实现超高距离量子存储器的可扩展构建。
2026-09-30 quant-ph
Memory-assisted measurement-device-independent quantum key distribution
提出了一种有望打破传统量子密钥分发（QKD）系统距离记录的协议。它借鉴了量子中继器的思想，在链路中间使用存储器，以及与测量设备无关的QKD，它只需要用户端的光源设备。对于某些快速存储器，我们的方案允许比量子中继器更高的重复率，从而需要更低的相干时间。通过考虑各种非理想性的来源，如存储器退相干，暗计数，未对准误差和背景噪声，以及存储器的时序问题，我们开发了一个数学框架，在此框架内，我们可以比较QKD系统与没有存储器。特别是，我们表明，与国家的最先进的量子存储器的技术，它是可能的设计存储器辅助的QKD系统，在一定的距离的实际利益，优于目前的QKD实现。
2014-06-19 quant-ph
Strongly coupling a cavity to inhomogeneous ensembles of emitters : potential for long lived solid-state quantum memories
我们从理论上研究了腔模与连续分布的辐射源的耦合。我们讨论了发射极非均匀加宽对极化激元峰的存在性和相干性的影响。我们发现，它们的连贯性取决于至关重要的分布的形状，而不仅仅是它的宽度。在一定条件下，与腔的耦合保护极化激元态不受非均匀加宽的影响，从而导致基于发射体系综的量子存储器的存储时间更长。当两个不同的发射体系综耦合到谐振器时，它们支持一种特殊的集体暗态，这对于量子信息的存储也非常有吸引力。
2011-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement distillation for quantum communication network with atomic-ensemble memories
原子系综具有较长的相干时间和与光子非线性相互作用的集体增强效应，是量子通信网络的有效存储节点。本文研究了利用腔量子电动力学中的单光子输入-输出过程实现非局域原子系综纠缠蒸馏的可能性。给出了一个参数已知的部分纠缠纯态两原子系综系统的最优纠缠浓缩方案（ECP）和一个参数未知的部分纠缠纯态系统的有效ECP方案.对于处于混合纠缠态的系统，我们提出了一种利用PCD的纠缠纯化方案。这些纠缠蒸馏协议具有较高的保真度和效率，与现有的实验技术，它们是有用的量子通信网络与原子系综存储器。
2014-10-01 quant-ph
Fundamental limitations in spin-ensemble quantum memories for cavity fields
非均匀加宽的自旋系综在当今实现混合量子处理架构中起着重要作用。当耦合到谐振器时，这样的系综可以用作谐振器场的多模量子存储器，并且通过采用自旋重聚焦技术，量子存储时间可以扩展到系综中的各个自旋的相干时间。在本论文中，我们调查这样一个存储器协议能够存储一个未知的共振场状态，我们分别研究的协议的各个组成部分：存储和读出部分，自旋系综和共振场去耦的存储器保持时间，和采用自旋重新聚焦技术的部分。使用分析和数值方法，我们得出如何获得内存性能的规模与各种物理参数。
2013-09-21 quant-ph
Device-independent quantum memory certification in two-point measurement experiments
Universität Siegen（锡根大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
本文提出了一种设备无关方法，通过两点时间探测和因果不等式违反来认证量子记忆，实现了35毫秒的量子比特记忆验证。
2026-01-20 quant-ph
Quantum coherence as randomness under classical control
Lund University（隆德大学）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）
针对经典控制隐藏的量子设备，提出基于半定规划层次结构的完整且高效的相干性认证方法，并应用于量子信道相干性保持能力的判定。
2026-10-02 quant-ph
Satellite-assisted quantum communication with single photon sources and atomic memories
提出一种基于囚禁原子量子比特的星载量子中继器架构，兼具量子存储与单光子源功能，无需太空低温技术即可在数千公里距离实现100 Hz高保真度纠缠分发，且所需存储模式远少于传统架构。
2024-11-14 quant-ph
Superconducting cavity qubit with tens of milliseconds single-photon coherence time
本文提出一种新型超导腔量子比特，将相干时间提升至34毫秒，比此前结果提高一个数量级以上，并成功存储1024光子薛定谔猫态，展示了其在玻色量子纠错中的潜力。
2023-09-24 quant-ph
Efficient and reversible optical-to-spin conversion for solid-state quantum memories
Department of Applied Physics, University of Geneva（日内瓦大学应用物理系）
本研究通过优化实现了高效的光到自旋转换，实现了固态量子记忆中单光子态的长时长存储。
2024-10-18 physics.atom-ph quant-ph
Phase-accumulating hyperfine strain sensing with rare-earth-ion phase memories
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
该研究提出一种利用稀土离子晶体长寿命超精细相干性进行应变传感的方案，通过相位控制射频脉冲和动态去耦实现相位累积，从而测量非克莱默稀土掺杂材料中难以直接获取的基态超精细跃迁应变位移。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Extended coherence time on the clock transition of optically trapped Rubidium
光阱系综对于频率测量和量子存储器是至关重要的，但通常由于不均匀的密度和光位移而遭受强烈的失相。我们证明了一个急剧增加的相干时间为21秒的磁场不敏感的时钟过渡的Rb-87应用最近发现的自旋自重相。这一结果证实了这种新机制的一般性质，从而表明它在原子钟和量子存储器中的适用性。对所有相关频移和噪声贡献的系统研究得出2.4E-11 x tau^（-1/2）的稳定性，其中tau是积分时间，单位为秒。基于一系列的技术改进，预计所提出的频率标准可以在一个潜在的更紧凑的设置中与微波喷泉钟的稳定性相媲美。
2011-03-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
How to measure diffusional decoherence in multimode rubidium vapor memories?
扩散是热原子蒸气在空间多模式应用中存储时间的主要限制。系统中扩散退相干的精确知识对于设计大多数蒸气存储器设置是期望的。在这里，我们提出了一种新的，有效的和直接的方法来测量无偏扩散退相干，清楚地区别于所有其他的退相干源。我们得到了铷原子在惰性气体中的归一化扩散系数：氖0.20 cm $^{2}$ /s，氪0.068 cm $^{2}$ /s，并首次给出了铷在氙中的归一化扩散系数：0.057 cm $^{2}$ /s。我们的方法包括创建，存储和检索空间变化的原子相干性。拉曼散射提供了一个必要的界面，原子，允许探测许多空间周期性的原子相干性并发。与之前的实验相反，该方法可用于任何单个密封玻璃池，并且在测量期间不需要任何设置更改，因此它是鲁棒的和可重复的。
2014-05-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum Error-Corrected Memories Keep Proper Time
Centre for Quantum Software and Information, University of Technology Sydney（悉尼科技大学量子软件与信息研究中心）
该研究证明量子纠错不会消除时间膨胀效应，而是将固有时间差编码为相对相位旋转，并可在特定离散相位下转化为确定性逻辑门，为连接容错量子信息与相对论时钟提供了平台。
2026-10-05 gr-qc quant-ph
Wavelength convertible quantum memory satisfying ultralong photon storage and near perfect retrieval efficiency
研究了自旋态非均匀展宽的双λ型固体系综中波长可转换量子存储器的量子相干性控制。与自旋衰减均匀的典型原子介质不同，自旋非均匀加宽的固体系综需要在量子相干性控制中进行反直觉的访问，以避免自发发射引起的量子噪声。固体系综中的这种量子相干性控制导致接近完美的恢复效率，并且适用于高达自旋相位弛豫时间的超长光子存储。在这里，反直观的量子相干性控制的基本物理不仅为双光子（拉曼）相干瞬态，但也为一个详细的相干转移机制，导致频率上/下转换。这项工作揭示了量子光学存储器的潜在应用，满足无噪声，近乎完美，超长和多模光子存储，其中量子中继器，可扩展纠缠量子比特和磁力测量将是即将到来的受益者。
2018-02-20 quant-ph
Extending the spin coherence lifetimes of ${}^{167}$Er$^{3+}$$:$Y$_2$SiO$_5$ at subkelvin temperatures
Er $^{3+}$ $:$ Y $_2$ SiO $_5$是一种特别感兴趣的材料，这是由于其适用于电信波段量子存储器和量子换能器，从而将光通信与工作在微波范围内的量子计算机接口。延长电子自旋和核自旋的相干寿命对于实现基于这种混合电子-核自旋系统的高效量子信息处理是必不可少的。Er $^{3+}$ $:$ Y $_2$ SiO $_5$的电子自旋相干时间到目前为止仅限于几微秒，并且同时优化电子和核自旋的相干寿命存在重大挑战。在这里，我们进行了一个脉冲电子核双共振调查的Er $^{3+}$掺杂材料在亚开尔文温度。在最低工作温度下，电子自旋相干时间达到290 $\pm$ 17 $μ$ s，与以前的结果相比，已经增强了40倍。在亚开尔文区，观察到核自旋相干时间的快速增加，并获得738 $\pm$ 6 $μ$ s的最长相干时间。这些延长的相干寿命可能是Er $^{3+}$ $:$ Y $_2$ SiO $_5$在基于光纤的量子网络中的进一步应用的宝贵资源。
2022-06-25 quant-ph
Effect of laser phase noise on the fidelity of optomechanical quantum memory
光机械腔和机电腔在量子存储器和量子换能器中有着广泛的应用。从理论上研究了光（电）机量子存储器对控制激光噪声的鲁棒性。通过求解朗之万方程，利用协方差矩阵方法，得到了激光噪声下高斯态的存储保真度。结果表明，相位噪声的破坏作用在耦合激光振幅和光机耦合强度G越大时越明显。进一步增大耦合系数，光子与声子的相互作用时间减小到激光频率噪声的相干时间以下，激光相位噪声对存储保真度的破坏作用也随之减小。
2015-03-15 quant-ph
Ultralong-lived Coherent States in Eu$^{3+}$:Y$_2$O$_3$ Optical Ceramics for Quantum Memories
该研究在Eu$^{3+}$:Y$_2$O$_3$光学陶瓷中实现创纪录的长寿命相干态，揭示新的低温退相干机制并演示5μs以上相干光存储，为实用量子存储器与大规模量子通信提供新路径。
2025-02-22 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
Coherence-gated quantum devices via real-time weak measurement
Indian Institute of Technology Mandi（印度理工学院曼迪分校）
该研究提出了一种基于实时弱测量的相干门控路由方法，用于在不破坏相干性的前提下控制光子路由，同时实现了基于布洛赫球几何的量子随机数生成器和相位跟踪光子源的应用。
2026-06-24 quant-ph
Exponential Lifetime Improvement in Topological Quantum Memories
我们提出了一种简单而有效的被动纠错机制在拓扑量子存储器。我们的方案依赖于驱动耗散辅助系统耦合到本地激发（任意子），使他们“下沉”的能量，没有必要的辅助或任意子之间的相互作用。通过这个过程，由某些热环境产生的任意子最终被困在它们自己产生的潜在“沟槽”中，这可以被解释为任意子的“记忆泡沫”。这种自陷机制为任意子的传播提供了一个能量势垒，并通过有利于任意子重组而不是分离（导致内存错误）来消除内存中的熵。我们表明，我们的计划导致的内存相干时间与系统大小$L$的指数增加，上界$L_\mathrm{max}$，它可以与$Δ/T$，其中$T$是温度和$Δ$是一些潜在的沟槽所定义的能量尺度呈指数增加。这导致使用$Δ/T$的存储时间的双指数增加，这大大改善了在典型量子存储器中发现的阿克里乌斯（单指数）缩放。
2015-12-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Multiplexed quantum repeaters with hot multimode alkali-noble gas memories
提出基于 AFC 协议的非低温惰性气体核自旋光学量子存储器，其时间带宽积达 $9.7 \times 10^{15}$，并设计了仅需 $8$ 个链路实现 $2000 \\ \mathrm{km}$ 纠缠分发的光纤量子中继器方案。
2024-07-31 cond-mat.quant-gas quant-ph
Room Temperature Electrically Detected Nuclear Spin Coherence of NV Centers in Diamond
我们证明了在室温下NV中心的$^{14}$ N核自旋相干性的电检测。核自旋是量子信息器件和量子传感器中的量子存储器的候选者，因此核自旋相干性的电学检测对于开发和集成此类量子器件至关重要。在本研究中，我们使用脉冲电探测电子-核双共振技术测量室温下NV中心$^{14}$ N核自旋的Rabi振荡和相干时间（$T_2$）。我们在室温下观察到$T_2 \approx$ 0.9 ms。我们的研究结果将为开发新型的基于电子和核自旋的金刚石量子器件铺平道路。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Beyond-Ten-Hour Coherence in a Decoherence-Free Trapped-Ion Clock Qubit
Tsinghua University（清华大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Renmin University of China（中国人民大学）
本文通过结合钟态量子比特与去相干自由子空间编码，实现了超过十小时的相干性，突破了传统技术限制，为可扩展的量子信息处理奠定了基础。
2026-03-20 quant-ph
Lifetime-limited Gigahertz-frequency Mechanical Oscillators with Millisecond Coherence Times
该研究通过激光光谱与材料分析确定晶体石英中声子退相干主要源于表面损伤，并利用优化抛光工艺使12 GHz μHBAR实现超过6 ms相干时间和创纪录f-Q乘积，为高频量子存储器铺平道路。
2025-04-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optimal Strategies for Optical Quantum Memories Using Long-Lived Noble-Gas Spins
Cornell University（康奈尔大学）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Harvard-MIT Center for Ultracold Atoms（哈佛-麻省理工学院超冷原子中心）；Harvard University（哈佛大学）；Joint Quantum Institute and Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland（联合量子研究所和联合量子信息与计算机科学中心，美国国家标准与技术研究院/马里兰大学）
本文提出利用惰性气体自旋实现光学量子记忆的两种机制，并通过模拟优化存储效率。
2024-11-04 physics.atom-ph quant-ph
Dual epitaxial telecom spin-photon interfaces with correlated long-lived coherence
本研究通过自下而上外延薄膜平台，实现了双铒电信自旋-光子界面，同时获得毫秒级自旋相干和亚千赫兹光学退相干，为长距离量子网络奠定基础。
2023-10-11 quant-ph
Coherence Time of a Solid-State Nuclear Qubit
我们报告了使用高功率RF去耦技术的NMR实验，以表明室温下固体硅晶体中的29-Si核自旋量子比特可以在10^9个岁差周期内保持量子相位。我们报告的相干时间比任何其他观察到的固态量子比特都长四个数量级以上。在高质量晶体中，这些时间受到残余偶极耦合的限制，并且可以通过同位素耗尽进一步改善。在缺陷重的样品中，我们提供了1/f噪声限制的退相干的证据。这些结果为基于固态核自旋的量子存储器和基于硅的量子计算机的提议提供了见解。
2003-09-23 cond-mat quant-ph
Entanglement and control of single quantum memories in isotopically engineered silicon carbide
固体状态下的核自旋既是退相干的原因，也是自旋量子比特的宝贵资源。在这项工作中，我们证明了在碳化硅（SiC）中的孤立的29Si核自旋的控制，以创建一个光学活性的双空位自旋和强耦合的核寄存器之间的纠缠态。然后，我们将展示SiC的同位素工程如何解锁单个弱耦合核自旋的控制，并提出一种从头算方法来预测最佳同位素分数，最大限度地提高可用核存储器的数量。我们通过报告高保真电子自旋控制（F=99.984（1）%）、延长的相干时间（T2=2.3 ms，T2DD>14.5 ms）以及来自同位素纯化的退相时间（T2*）增加>40倍来支持这些结果。总的来说，这项工作强调了在固态系统中控制核环境的重要性，并提供了将单光子发射器与工业可扩展材料中的核存储器联系起来的里程碑式演示。
2020-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Securing coherence rephasing with a pair of adiabatic rapid passages
相干重定相是使用基于回声的策略的量子存储协议中的重要步骤。本文分析了在非均匀加宽系综中，两个绝热快速通道（ARP）是如何使原子相干态重相的。我们认为这两种情况下的光学和自旋相干性，由光学或射频（RF）的ARPs，分别重新定相。我们展示了如何在一个双回波计划的两个ARP组成的重相序列是等同于身份运营商（任何状态都可以恢复），只要满足一定的条件。我们的数学处理的ARP导致一个非常简单的几何解释内的布洛赫球，允许视觉理解的复相过程。我们还确定了确保重新定相的条件，发现光学或RF ARP场的相位在序列保持叠加态相位的能力中起着关键作用。这解决了光学ARP和射频ARP之间的差异，因为在前一种情况下不容易保证场相位控制。我们还提供了一个定量的比较$π$脉冲和ARP重组效率，后者的优越性。我们实验验证我们的分析结论，通过射频ARP重定相序列上进行的稀土离子掺杂的晶体Tm $^{3+}$：YAG，感兴趣的量子存储器。
2013-02-20 quant-ph
Parametrically induced strong coupling between a superconducting quantum circuit and a solid-state spin ensemble
The Grainger College of Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格雷格工程学院）；Materials Research Laboratory, The Grainger College of Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格雷格工程学院材料研究实验室）；Holonyak Micro and Nanotechnology Lab, The Grainger College of Engineering, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格雷格工程学院霍洛尼亚克微纳技术实验室）；National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校国家超级计算应用中心）
本文通过参数泵浦实现约瑟夫森电路与稀土自旋系综之间的动态可控强耦合，为超导量子处理器提供高相干量子存储器。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic Noise Considerations for Designing Integrated Solid-State Quantum Memories
针对量子网络扩展中存储节点紧凑型控制电子设备的设计需求，以金刚石氮空位（NV）中心为案例，建模并实验验证控制系统相位噪声、时序抖动与自旋量子比特环境噪声的协同影响，提出确定集成量子控制信号发生器设计要求的流程。
2024-12-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
