Precise high-fidelity electron-nuclear spin entangling gates in NV centers via hybrid dynamical decoupling sequences
固体中的色心，如金刚石中的氮空位中心，提供了受到良好保护和良好控制的局部电子自旋，可用于各种量子技术。此外，周围自旋核的长相干时间可以通过色心控制鲁棒的量子寄存器。我们设计了脉冲序列协议，驱动电子自旋产生强大的纠缠门与这些核记忆量子位。我们发现，相比单独使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG），Uhrig去耦序列和CPMG和Uhrig序列组成的混合协议提高了这些纠缠门的保真度，自旋控制范围和自旋选择性。我们提供的序列协议的解析表达式，也显示了我们的方法在金刚石中的氮空位中心的数值效果。我们的结果广泛适用于色心弱耦合到一个小数目的核自旋量子比特。
2020-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scaling of Dynamical Decoupling for Spin Qubits
研究了在单重态-三重态自旋量子比特中，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）和级联动力学退耦（CDD）脉冲序列，π脉冲数n_π对相干时间T2的标度关系.对于偶数个CPMG脉冲，我们发现了幂律T2 =（n_π）^（γ_e），其中γ_e = 0.72 \pm 0.01，基本上与用于提取T2的包络函数无关。从这个令人惊讶的鲁棒值，环境噪声谱的幂律模型S（ω）~ ω^（-β）产生β = γ_e/（1 - γ_e）= 2.6 \pm 0.1。对于CPMG，当n_π为32时，模型的T2（n_π）值β = 2.6，且CDD阶数为3 ~ 6，与实验值吻合较好。
2012-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal pulse spacing for dynamical decoupling in the presence of a purely-dephasing spin-bath
保持量子相干性是量子计算的关键要求，因此保护量子系统免受环境噪声的不可逆破坏是一个重要的开放问题。动态解耦（DD）是一种以较低的控制开销来减小退相干的有效方法。它在量子精密测量中也起着重要的作用，例如它被用于多参数估计。虽然等距控制脉冲序列（CPMG）已普遍用于去耦，但Uhrig最近提出，非等距脉冲序列（UDD）可以增强DD性能，特别是对于环境的频谱密度具有尖锐频率截止的系统。另一方面，对于软截止，等距序列优于UDD。UDD为中间制度提供的相对优势尚不清楚。在本文中，我们分析了相对DD性能在这个制度的实验，使用固态核磁共振。我们的系统量子比特是13 C核自旋，环境由1H核自旋浴组成，其光谱密度接近正态（高斯）分布。我们发现，在这样的浴的存在下，CPMG序列优于UDD序列。光学中的动态解耦和干涉效应之间的类比提供了一个直观的解释，为什么CPMG序列在存在这种环境噪声的情况下优于任何非等距DD序列。
2011-02-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Dynamical decoupling design for identifying weakly coupled nuclear spins in a bath
识别单电子自旋周围的弱耦合核自旋是利用耦合电子-核自旋系统实现量子信息处理或利用金刚石缺陷自旋进行单自旋核磁共振探测等传感的关键步骤。利用周期性脉冲序列对中心电子自旋的动态解耦控制[例如，Carre-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列]已成功地用于识别单个核自旋和解析核自旋团簇的结构。在这里，我们设计了一种新型的脉冲序列，通过用一组非均匀间隔的$π$ -脉冲替换CPMG序列的重复单元（单个$π$-脉冲）。利用金刚石中的氮空位中心系统，我们表明，设计的脉冲序列提高了核自旋噪声谱的分辨率，并提取了更多的关于周围核自旋的信息。本文提出的动态解耦设计原理在许多系统中是有用的（例如，固体中的缺陷自旋量子位、俘获离子和超导量子位）用于高分辨率噪声光谱。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Keeping a Single Qubit Alive by Experimental Dynamic Decoupling
我们展示了使用动态解耦技术来延长一个单一的记忆量子比特的相干时间近两个数量级。通过扩展哈恩自旋回波技术，以纠正未知的，任意的多项式变化的量子位的进动频率，我们分析表明，所需的序列的π脉冲是相同的乌里克动态去耦（UDD）序列。我们比较UDD和CPMG序列应用于一个单一的Ca-43捕获离子量子比特，发现它们在我们的周围噪声环境中提供了相当的保护。
2010-11-28 quant-ph
Measuring the environment of a Cs qubit with dynamical decoupling sequences
本研究在光陷俘中性Cs原子上实验实现了CPMG动力学解耦，将量子比特相干时间提升一个数量级以上，并利用滤波函数测量了背景噪声谱，为超冷Rb浴中单原子噪声光谱学奠定基础。
2023-06-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Utilizing Nitrogen Vacancy Centers to measure oscillating magnetic fields
我们展示了如何氮空位（NV）中心可以用来确定的振幅，相位和频率的未知弱单色和多色振荡磁场仅使用周期性动力学去耦（PDD）和卡尔-珀塞尔-梅布姆-吉尔（CPMG）序列。详细分析了退相干对磁场参数测量的影响，并考虑了不同脉冲序列对退相干的抑制程度不同。由于灵敏度随着感测时间的增加而增加，而由于退相干而降低，因此我们使用Fisher信息矩阵来优化应该使用的脉冲数。
2014-04-11 quant-ph
Long-lived coherences in strongly interacting spin ensembles
本文在稠密NV中心金刚石系综中使用类CPMG脉冲序列，揭示非理想旋转偏置通过线性有效场保护长寿命相干性，并据此定量表征无序、偶极相互作用及自旋物种密度。
2023-09-27 quant-ph
Experimental Uhrig Dynamical Decoupling using Trapped Ions
我们提出了一个详细的实验研究的Uhrig动态解耦（UDD）序列在各种噪声环境中。我们的量子位系统由限制在潘宁陷阱中的$^{9}$ Be $^{+}$离子的晶体阵列组成。我们使用电子自旋翻转跃迁作为我们的量子位流形，并使用124 GHz的微波系统驱动量子位旋转。我们研究了UDD序列在减轻相位误差的效果，并与众所周知的CPMG式多脉冲自旋回波作为脉冲数，旋转轴，噪声谱和噪声强度的函数进行比较。我们的结果与经典相位噪声下量子比特退相干的理论预测一致，考虑了有限持续时间$π$脉冲的影响。最后，我们证明了Uhrig序列是更强大的对系统的过/欠旋转和失谐误差比多脉冲自旋回波，尽管精确的处方脉冲定时在UDD。
2009-05-14 quant-ph
Comparison of dynamical decoupling protocols for a nitrogen-vacancy center in diamond
我们对金刚石中氮空位中心的动力学退耦进行了详细的理论和实验研究。我们研究了DD序列应用于抑制耦合到由取代氮原子组成的自旋浴引起的NV中心的电子自旋的退相。研究了各种DD方案的解耦效率，包括周期和周期脉冲序列。对于理想的控制脉冲，我们发现，DD协议与Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）的脉冲定时提供了最好的性能。我们发现，随着控制脉冲的数量的增加，去耦保真度标度定性不同的马格纳斯膨胀的预测，并解释了这种差异的起源。特别是，更高级的对称化或级联协议不会提高DD性能。接下来，我们调查的系统仪器脉冲误差在不同的周期性和非周期性脉冲序列的影响。单轴控制的DD协议在存在脉冲误差的情况下不能保留所有的自旋分量，并且需要双轴控制。我们证明了两个轴的控制序列与CPMG定时是非常强大的脉冲误差。脉冲误差的影响可以通过对称化该协议来进一步减小。对于这里研究的所有协议，我们提出了一个详细的帐户的脉冲误差参数，使最强的DD性能的影响。最后，我们给出了具体的建议，选择解耦协议的系统进行调查。
2012-02-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling of interacting dipolar spin ensembles
我们证明，CPMG和XYXY去耦序列与非理想的$π$脉冲可以减少偶极之间的相互作用的自旋相同的物种在固体。脉冲电子自旋共振（ESR）实验的模拟结果表明，具有小缺陷（$<$ ~10\%）的$π$转动会使瞬时扩散重聚焦.在这里，棘手的N体问题的相互作用偶极子近似的平均演变的一个单一的自旋在一个不断变化的平均场。这些计算与实验吻合得很好，并且不需要强大的硬件。我们的结果增加了过去试图解释类似的现象，在固态核磁共振（NMR）。虽然NMR的基本物理学与ESR相似，但ESR中更大的线宽和与核自旋相比电子自旋之间更强的偶极相互作用排除了仅从NMR研究中得出结论。对于散装自旋，我们还发现，使用XYXY的结果在推导出的回波衰减时间的通货膨胀较少相比，与CPMG获得的衰变。
2018-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Impact of time-retarded noise on dynamical decoupling schemes for qubits
本文通过自旋-玻色子模型研究时间延迟反馈噪声对CPMG等动力学解耦方案的影响，揭示深亚欧姆环境下时间非局域反作用对延长量子比特相干时间的作用。
2025-02-05 quant-ph
Optimizing a Dynamical Decoupling Protocol for Solid-State Electronic Spin Ensembles in Diamond
我们证明了通过优化的动力学解耦（DD）的金刚石中的氮空位（NV）中心的致密系综的自旋相干时间的显着改善。冷却样品到$77$ K抑制纵向自旋弛豫$T_1$效应和DD微波脉冲被用来增加横向相干时间$T_2$从$\sim 0.7$ ms到$\sim 30$ ms。我们扩展以前的工作单轴（CPMG）DD对任意自旋状态的保存。脉冲和失谐误差的理论和实验表征后，我们比较各种DD协议的性能。我们确定，保持任意自旋状态的最佳控制方案是一个递归的协议，级联版本的XY 8脉冲序列。改善的自旋相干性可能对改善交流磁力测量的灵敏度产生直接影响。此外，该协议可以用于更密集的金刚石样品，以增加相干时间高达NV-NV相互作用时间尺度，这是朝着创建量子集体NV自旋态迈出的重要一步。
2015-07-14 quant-ph
Direct Measurement of the System-Environment Coupling as a Tool For Understanding Decoherence and Dynamical Decoupling
退相干是任何实际实现量子信息处理的主要障碍。减少退相干的主要策略之一是动态解耦-使用外部场来平均环境的影响。只要已知与环境的耦合谱，就可以计算任意控制场下的退相干率。我们提出了一种直接测量浴耦合光谱的光学囚禁超冷原子系综，通过应用光谱窄带控制场。测量的光谱在低频率下遵循洛伦兹形状，但由于阱中原子的振荡运动，在较高频率下表现出非单调特征。这些特征与我们的分析模型和碰撞池的数值蒙特卡罗模拟相一致。从推断的浴耦合谱，我们预测的性能著名的动态解耦序列：CPMG，UDD和CDD。然后，我们将这些序列应用于实验，并将结果与预测进行比较，在弱耦合极限下发现了很好的一致性。因此，我们的工作建立实验的重叠积分形式主义的有效性，是一个重要的一步，实现一个最佳的动态解耦序列为一个给定的测量浴光谱。
2011-03-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Spin ensemble-based AC magnetometry using concatenated dynamical decoupling at low temperatures
金刚石中的氮空位（NV）中心系综被广泛用作交流磁力计。虽然这样的测量通常使用标准（XY）动态去耦（DD）协议在室温下进行，我们研究了通过利用各种DD协议实现的灵敏度，用于测量在10-250 kHz范围内的频率，在室温和77 K的交流磁场。通过对同位素纯的$^{12}$ C样品进行测量，我们发现Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）方案对脉冲缺陷不鲁棒，对于磁力测定的效率低于鲁棒的XY序列。基于XY的标准协议的级联可以仅增强用于测量高频场的灵敏度，对于高频场，许多（$> 500$）DD脉冲是必要的，并且针对脉冲缺陷的鲁棒性是关键的。此外，我们表明，冷却是有效的，仅用于测量低频场（~10 kHz），实验时间approaches $T_1$在少量的应用DD脉冲。
2017-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum sensing with arbitrary frequency resolution via correlation measurements
针对量子传感器因有限相干时间难以实现高频光谱分辨率的问题，提出基于NV中心系综测量AC磁场相位关联的协议，可扩展动态范围至拉比频率以上并实现任意分辨率，且对磁场振幅更鲁棒，提升传感性能。
2025-04-16 physics.app-ph quant-ph
Blueprint for efficient nuclear spin characterization with color center
本文提出一种更直接的方法来确定核自旋与电子自旋间的超精细相互作用，克服了传统CPMG和XY8脉冲序列的局限性，适用于多种量子平台，并通过Fisher信息矩阵和Cramer Rao界限验证了其性能。
2024-02-12 physics.atm-clus quant-ph
Singlet-only always-on gapless exchange (SAGE) spin qubits: Charge noise effects and two-qubit gates
University of Maryland（马里兰大学）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
研究SAGE自旋量子比特在电荷噪声下的性能及双量子比特门的保真度，提出通过简单方法抑制噪声并延长相干时间。
2026-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room-temperature quantum sensing with photoexcited triplet electrons in organic crystals
本研究利用并五苯掺杂对三联苯晶体中的光激发三重态电子，在室温下实现高对比度ODMR（16.8%）和长相干时间（T2=2.7微秒，T2^DD=18.4微秒），展示了有机晶体作为低成本、无杂质量子传感器的潜力。
2024-12-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Device characterization of Si$/$SiGe double quantum dots using exchange oscillations in Earth's magnetic field
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of New South Wales（新南威尔士大学）；Diraq
该研究利用Si/SiGe的固有核自旋磁场梯度，开发了无外加磁场的量子点交换振荡表征工具，延长了量子比特相干时间，实现了剩余交换的高分辨率表征。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
