Non-Holonomic Control III : Coherence Protection by the Quantum Zeno Effect and Non-Holonomic Control
在本文中，我们提出了一个相干性保护方法的基础上的多维推广的量子芝诺效应，以及从编码理论的想法。非完整控制技术作为一种物理工具，使其有效的实施。考虑了小量子系统和大量子系统的两种极限情况。
2005-07-16 quant-ph
Coherence protection of a silicon hole spin qubit with phase-modulated microwave driving
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Hitachi, Ltd.（日立有限公司）；University of Tokyo（东京大学）
该研究针对硅空穴自旋量子比特的相干时间受限问题，采用相位调制级联连续驱动技术抑制低频噪声，稳定拉比振荡并实现相干调控与噪声保护，为抗噪空穴自旋量子比特提供了可行方案。
2026-10-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence Protection for Mobile Spin Qubits in Silicon
Leiden University（莱顿大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；QuTech；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO)（荷兰应用科学研究组织）
通过减少磁场梯度和动态去耦技术，实现移动自旋量子比特在硅中的相干保护，提升相干时间至32μs，为可扩展的硅量子处理器提供可行方案。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence protection by the quantum Zeno effect and non-holonomic control in a Rydberg Rubidium isotope
保护开放量子系统的相干性不受其环境的影响是一个非常热门的问题。本文提出了一种方案，它保护一般量子系统不受任意不受控制的幺正演化的作用。该方法的灵感来自于标准纠错（附加、编码和解码）和量子芝诺效应的思想。我们的方法在一个简单的原子系统，即铷同位素的教学示范，提出。
2005-10-03 quant-ph
Evolution of different orders of coherence of a three-qubit system and their protection via dynamical decoupling on an NMR quantum processor
本文在三量子比特NMR系统中生成不同阶相干性，并利用鲁棒动力学解耦序列保护各阶相干性，成功保护了星形态中的两量子比特纠缠。
2024-11-11 quant-ph
Effective protection of quantum coherence by non-Hermitian driving
本文研究了非厄米驱动对二体系统中量子相干性的影响。被厄米相互作用破坏的动力学局域化的恢复是非厄米驱动恢复量子相干性的一个证据。此外，随着非厄米驱动强度的增大，两个子系统之间的纠缠也随之衰减，这为非厄米驱动对量子相干性的保护提供了又一证据.这一现象背后的物理机制是准本征值具有最大虚值的准本征态对非厄米系统动力学的控制。我们的发现建立了相互作用和耗散量子系统中量子相干性的恢复机制，这与从多体物理到量子信息的各个领域的实验高度相关。
2021-04-06 quant-ph
Coherence protection in coupled quantum systems
量子系统与其环境的相互作用会导致退相干，从而对系统用于量子信息处理的适用性设置了基本限制。然而，我们表明，如果量子系统由不同的内能尺度的耦合部分组成，那么一个部分与热浴的相互作用不需要导致从其他的相干性损失。值得注意的是，我们发现当与浴的耦合变得更强或温度升高时，受保护的部分可以变得更连贯。我们的理论将使抗退相干混合量子计算机的设计成为可能。
2018-04-10 quant-ph
Experimental emulation of quantum non-Markovian dynamics and coherence protection in the presence of information backflow
我们实验模拟，在一个受控的方式，非马尔可夫动力学的纯退相自旋玻色子模型在零温度。具体来说，我们使用一组随机的外部射频场来设计所需的噪声功率谱，以有效地实现单个核磁共振量子位的非马尔科夫环境。系统的退相干函数和冯诺伊曼熵的非单调性体现了非马尔可夫性的信息回流。使用这种模拟的非马尔可夫环境中，我们实验研究的Carr-Purcell-Meiboom-Gill动态去耦（DD）序列，以抑制相干性的损失的效率。使用过滤器功能的形式主义，我们设计了优化的DD序列，最大限度地保护非马尔可夫环境的相干性，并研究其效率的实验。最后，我们讨论了DD辅助调谐的有效非马尔可夫。
2019-02-14 quant-ph
Thermal production, protection and heat exchange of quantum coherences
我们考虑了有限尺寸的原子系统，系统中的粒子数是变化的，它们之间存在偶极相互作用，并且受到热光子环境的集体驱动和耗散作用。针对两个原子的简单情况，我们研究了模型的不同参数对系统相干性的影响。我们观察到，即使系统初始化在一个完全不相干的状态，它演变到一个状态，具有有限的相干性，并保持在长时间限制的热光子的存在下的相干性。我们提出了一种新的方案，利用产生的相干性，以改变一个单一的二能级原子的热状态，通过反复与它的相干原子束。最后，我们讨论的相干性的缩放作为在我们的系统中的粒子数的函数高达$N=7$。
2017-09-22 quant-ph
Multiple-pulse coherence enhancement of solid state spin qubits
我们描述了如何通过应用设计的电子自旋共振脉冲序列来延长固体中的局域电子自旋（即固态自旋量子比特）的自旋相干时间。特别地，由于由核自旋触发器动力学的非马尔可夫时间波动引起的电子自旋共振频率的谱扩散而引起的自旋回波衰减可以使用类似于核磁共振中的Carr-Purcell-Meiboom-Gill脉冲序列的多脉冲序列来强烈抑制。在GaAs量子点和Si：P量子计算机结构中，使用具有偶数个脉冲的复合序列可以将自旋相干时间增强4-10倍。
2007-02-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-mediated coherence protection and one-axis twisting for spins in solids
California Institute of Technology（加州理工学院）；Chimie ParisTech, PSL University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris（巴黎化学学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，巴黎化学研究院）
本文展示了固态中通过腔体介导的全对全相互作用，实现了超辐射发射和一轴扭曲动力学，延长了相干时间并抑制了退相位，对量子技术有重要影响。
2026-04-29 quant-ph
Topological Protection of Coherence in Noisy Open Quantum Systems
考虑了耗散量子系统中存在淬火无序时的拓扑保护机制，目的是延长量子比特的相干时间。物理设置是量子比特和耗散腔的网络，其耦合参数是可调的，使得拓扑边缘状态可以稳定。基准量子比特的演化完全由非厄米哈密顿量决定，因此非厄米哈密顿量来自真正的物理过程。它示出如何即使在存在的混乱缠绕数可以定义和评估在真实的空间中，只要某些对称性被保存。因此，我们可以构造噪声开放量子模型的拓扑相图，例如非厄米无序的Su-Schrieffer- Heeger二聚体模型和包含长程耦合的三聚体模型。在竞争的无序参数的存在下，有趣的重入现象的拓扑非平凡部门观察。这意味着在某些参数区域，增加无序度会大大增加基准量子比特的相干时间。
2020-12-09 quant-ph
Coherence protection and decay mechanism in qubit ensembles under concatenated continuous driving
自旋量子比特的密集集合对于量子应用是有价值的，尽管它们的相干性保护仍然具有挑战性。连续动态解耦可以保护系综量子比特免受噪声的影响，同时允许门操作，但它会受到驱动引入的额外噪声的阻碍。级联连续驱动（CCD）技术原则上可以缓解这个问题。在这里，我们提供了更深入的了解CCD下的动态，Floquet理论的基础上，导致优化的状态保护，通过调整CCD方案中的驱动参数，以诱导模式演化控制。我们实验证明了改进的控制，同时解决了密集的氮空位（NV）合奏与$10^{10}$自旋。我们实现了一个实验的15倍的改进，在相干时间为任意的，未知的状态，和一个500倍的改进，为任意的，已知的状态，对应于驱动的边带和中心带产生的莫洛三重态，分别。我们可以通过优化驱动参数以考虑影响我们系统的噪声来实现这种相干时间增益。通过扩展广义布洛赫方程的方法，CCD的情况下，我们确定的噪声源，占主导地位的衰减机制在NV合奏，确认我们的模型的实验结果，并确定产生最佳的一致性的驱动强度。我们的结果可以直接用于优化连续驱动和浴驱动下的量子比特相干性保护，并使应用于鲁棒脉冲设计和量子传感。
2020-08-20 physics.atom-ph quant-ph
Electron spin coherence on a solid neon surface
漂浮在凝聚的惰性气体液体或固体表面的单个电子可以作为具有超长相干时间的自旋量子比特，这要归功于此类系统的非凡纯度。以往的研究表明，在超流氦（He）表面上的电子自旋相干时间可以超过100 s。在本文中，我们提出了在固体氖（Ne）表面上的电子自旋相干性的理论研究，激发我们最近的实验实现的单电子电荷量子比特固体氖。研究的主要自旋退相干机制包括由于热声子引起的Ne反磁磁化率波动、正常金属电极中的热流波动以及$^{21}$ Ne系综的准静态核自旋波动。我们发现，在典型的实验温度约10 mK的全超导装置中，电子自旋退相干由第三种机制通过电子-核自旋-自旋相互作用控制。对于具有2700 ppm丰度的$^{21}$ Ne的天然Ne，估计的非均匀退相时间$T_{2}^{*}$约为0.16 ms，已经优于大多数半导体量子点自旋量子比特。对于市售的、同位素纯化的Ne与1 ppm的$^{21}$ Ne，$T_{2}^{*}$可以是$0.43$ s。在Hahn回波的作用下，相干时间$T_{2}$可提高到天然Ne的$30$ ms和纯化Ne的$81$ s。因此，固体Ne上的单电子自旋量子比特可以作为有希望的新自旋量子比特。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron spin coherence in semiconductors: Considerations for a spin-based solid state quantum computer architecture
我们从理论上考虑了两种量子计算机体系结构中自旋的相干时间，其中量子位是与Si中或GaAs量子点中的P施主杂质结合的电子的自旋。我们表明，低温退相干是由自旋-自旋相互作用，通过光谱扩散和偶极触发机制。这些贡献导致1-100 $μ$ s计算的自旋相干时间的参数范围很广，远高于以前的估计的基础上$T_{2}^{*}$测量。
2003-02-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental protection of the coherence of a molecular qubit exceeding a millisecond
有几个重要的固态系统，如固体中的缺陷，超导电路和分子量子比特，量子计算的有吸引力的候选人。得益于化学力量的分子量子比特，可以定制和廉价地合成新系统，但面临着退相干效应的挑战。退相干效应是由于分子量子比特与其环境的不可避免的相互作用。克服退相干效应的策略已经发展，如设计一个核自旋自由的环境和工作在原子钟跃迁。然而，这些化学方法有一些基本的局限性。例如，化学方法将配体的选择和设计限制为具有零核磁偶极矩的配体，例如碳、氧和硫。在此，一个物理的方法，命名为动态去耦（DD），是用来对抗退相干，而可以避免的限制，化学方法。通过采用DD，过渡金属络合物的相位记忆时间$T_2$已被延长到超过1毫秒（$1.4~$ ms）。单量子比特的品质因数$Q_M $达到了$ 1.4\times 10^5$，比以前报道的该系统的值好$40$倍。我们的研究结果表明，分子量子比特，与毫秒$T_2$，是有前途的候选人的量子信息处理。
2017-06-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Solid-state electronic spin coherence time approaching one second
固态电子自旋系统，例如金刚石中的氮空位（NV）色心，在量子信息、传感和计量学方面有着广阔的应用前景。然而，这种固态系统的一个关键挑战是实现比量子自旋操纵协议的时间长得多的自旋相干时间。在这里，我们证明了超过两个数量级的改善，在自旋相干时间（$T_2$）的NV中心相比，以前的测量：$T_2 \approx 0.5$ s在77 K，这使得$\sim 10^7$相干NV自旋操作之前退相干。我们采用动态去耦脉冲序列来抑制由于磁噪声引起的NV自旋退相干，并发现在很宽的温度范围内，$T_2$仅限于纵向自旋弛豫时间（$T_1$）的大约一半，这归因于声子诱导的退相干。我们的结果适用于NV自旋的集合，并且不依赖于特定NV的最佳选择，这可以推进量子传感，使压缩和多体纠缠在固态自旋集合中，并打开一条路径来模拟大范围的驱动，相互作用主导的量子多体哈密顿量。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure
针对金刚石锡空位中心（SnV）自旋缺乏高效微波控制、高温下相干性退化的问题，研究人员利用均匀应变金刚石膜的轨道混合效应，实现了高保真微波自旋控制与毫秒级相干保护，4K下相干时间显著提升且光学相干性不受温度影响，为量子技术提供了理想自旋-光子界面平台。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Topological Protection of Coherence in a Dissipative Environment
一维拓扑绝缘体的特征在于具有指数小能量的边缘态。根据拓扑相到非厄米特系统的一个推广，在非平凡拓扑相中的有限系统显示具有指数长寿命的表面状态。在这项工作中，我们探讨了利用这种非厄米拓扑相位来增强嵌入在耗散环境中的基准量子比特的量子相干性的可能性。我们首先表明，一个网络的量子比特与损耗腔相互作用，可以表示，在一个合适的超单粒子扇区，由所需形式的非厄米“哈密顿量”。然后，我们研究，分析和数值计算，一维几何形状与多达三个网站，每个单元格，并高达拓扑缠绕数$W=2$。对于有限尺寸系统，边缘模式的数量是$W$和系统尺寸$N$的复杂函数。然而，我们发现，有精确的$W$模式本地化在链的一端。在这样的拓扑相位的quibt的相干寿命是指数大的系统的大小。我们验证，对于$W>1$，在大的时候，Lindbladian演化近似是一个非平凡的酉。对于$W=2$，这导致量子位的相干性测量的拉比样振荡。
2017-11-02 quant-ph
Universal Protection of Quantum States from Decoherence
Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica（意大利国家计量研究所）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）；Università degli Studi di Torino（都灵大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）
本文提出一种无需预先知识的量子态保护协议，通过扩展希尔伯特空间实现对任意量子态的退相干保护。
2026-02-20 quant-ph
A Coherence-Protection Scheme for Quantum Sensors Based on Ultra-Shallow Single Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
针对超浅NV中心自旋相干受表面核磁噪声限制的问题，提出利用表面应变与小磁场协同作用，在富集$^{12}$C金刚石中显著延长1纳米深NV中心相干时间，并扩展至天然金刚石实现纳米矢量磁测量。
2025-01-21 quant-ph
Quantum coherence in an all-solid-state dye-sentizied solar cell
本文将用半经典光-物质相互作用方法讨论已报道的新型全固态无机太阳能电池。该分子化合物将被一个三次二能级耦合量子系统处理。该系统的密度矩阵的运动方程将在线性近似下解析求解，并且由于某些状态的相干叠加，将获得与时间无关的非对角元素。这些元件代表了该电池的整体光学性能的重要组成部分。
2013-01-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Stimulated resonant spin amplification reveals millisecond electron spin coherence time of rare-earth ions in solids
电子自旋系综的不均匀性以及作用于单个自旋的涨落环境大大缩短了自旋相干时间$T_2$，阻碍了相干自旋操纵。我们表明，这个问题可以解决的同时应用的射频（rf）领域，它刺激相干自旋旋进去耦从一个不均匀的环境，和周期性的光脉冲，放大这种进动。当rf场频率接近激光脉冲重复频率时发生的所得共振具有由自旋相干时间$T_2$确定的宽度，其不受非均匀性效应的影响。我们在低温下测量了YAG晶格中Ce $^{3+}$离子基态电子的50 Hz窄电子自旋共振和毫秒长的$T_2$，而非均匀自旋退相时间$T_2^*$仅为25 ns。这项研究为在非均匀环境中实现自旋系统的相干光学操纵铺平了道路。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterizing temperature and strain variations with qubit ensembles for their robust coherence protection
本文提出非平衡回波方法，利用第二个自旋重聚焦核自旋的四极与超精细相互作用变化，在金刚石核自旋系综中实验实现20倍相干时间提升，并理论预测可在25 K温度不均匀性下达到400倍改善。
2022-05-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhancement of quantum coherence in solid-state qubits via interface engineering
本文提出通过氧终止与石墨烯修补的界面工程，将金刚石浅层NV中心相干时间延长至1 ms以上，并利用h-BN保护层提升器件稳定性，从而实现高灵敏度纳米尺度核磁共振。
2025-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Macroscopic electron quantum coherence in a solid-state circuit
电子准粒子的量子相干性支撑了许多新兴的小尺度导体输运性质。量子光学器件的新型电子实现现在可用于“飞行”量子比特操纵等方面。然而，导体中的电子量子干涉到目前为止仍然限于传播路径短于$30\,μ$ m，与材料无关。在这里，我们展示了强大的电子量子干涉后，沿两个$0.1\,$毫米长的路径在电路中的传播。在马赫-曾德尔干涉仪的电子模拟物上观察到$80\%$和$40\%$一样高的可见度的干扰，分别为$24\,μ$ m和$0.1\,$ mm臂长，始终对应于$0.25\,$ mm电子相位相干长度。虽然这种器件在填充因子为2的整数量子霍尔机制中表现最好，但电子干扰受到共同传播边缘通道之间的库仑相互作用的限制。我们通过在冻结内部自由度的微米级循环中关闭内部通道来克服这种限制，并结合闭环策略，提供与环境的基本隔离。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Autonomous coherence protection of a two-level system in a fluctuating environment
本文重新研究了[R. Finkelstein等人，Phys.Rev.X11，011008（2021）]，其最初目的是从非相互作用的二能级系统（量子比特）的系综中去除静态多普勒展宽的影响。该方案涉及在量子比特水平和辅助水平之间同时应用红色和蓝色失谐驱动，并且通过仔细选择驱动幅度和失谐，驱动引起的能量偏移可以精确地补偿不均匀的静态多普勒引起的频率偏移-有效地去除不均匀的多普勒展宽。我们证明了这个方案是更强大的，也可以保护一个单一的（甚至是一个合奏），量子比特的能级从噪声依赖于时间和空间：相同的计划可以大大减少由时间波动的环境引起的失相噪声的影响。作为示例，我们研究了对许多物理系统中出现的两种类型的非马尔可夫环境的保护：高斯噪声和非高斯噪声-随机电报噪声。通过数值模拟，我们证明了增强的自旋相干时间$T_2^*$，量子比特在一个波动的环境中的三个数量级，以及其初始漂移频率的重新聚焦。这个相同的方案，仅使用两个驱动器，可以对量子位的集合进行操作，同时提供时间和空间稳定性，并并行产生高质量的几乎相同的量子位的集合，这可以用于许多量子技术，如量子计算和传感，具有更快实现容错量子计算的潜力。
2023-02-08 quant-ph
Environment-Assisted Quantum Photo-Protection in Interacting Multi-Exciton Transfer Complexes
激子通过传输网络的传输是一个独特的例子，其中量子相干性和环境诱导的退相之间的相互作用导致了非平凡的影响。一个令人兴奋的例子是“环境辅助量子传输”（ENAQT），其中，与直觉相反，环境以提高传输效率的方式中断量子传输。在这里，我们表明，退相和量子相干性之间的相互作用可以导致激子传输的一个额外的功能-光保护，即在增加激发电流的减少。我们首先证明，即使在弱耦合条件下，弱激发可以导致多激子的产生，从而超越了常见的单激子近似。然后，我们考虑两个激子的运输，并表明失相和激子-激子相互作用之间的相互作用导致电流减少，即光保护。这种效应可能与光合系统中观察到的实际光保护有关。
2020-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
All-mechanical coherence protection and fast control of a spin qubit
John A. Paulson School for Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；IonQ；Q-CTRL；Nubis Communications；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（巴伐利亚科学院瓦尔特·迈斯纳研究所）
针对自旋与声子腔耦合和相干延长脉冲不兼容的问题，提出基于修饰态基矢的全机械相干保护方案，实现800MHz创纪录拉比频率的超快控制，为声子介导量子门和片上量子声子网络奠定基础。
2025-08-18 quant-ph
Revealing topological protection through unprotected operations in a Majorana parity qubit
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学量子计算和纳米科学卡弗里研究所）
本文针对耦合Kitaev链构成的马约拉纳奇偶量子比特，建立准静态退相解析理论，通过非保护操作揭示其拓扑保护，预测了相干时间随链长的指数标度关系及噪声限制。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
The effect of spin-lattice relaxation on multiple-quantum NMR coherences in solids
本文发展了低温下双偶极耦合自旋系统中多重量子相干性的自旋-晶格弛豫唯象理论。得到了多量子NMR相干强度随自旋-晶格弛豫时间的变化规律。结果表明，当采用近邻相互作用近似时，该理论也适用于有限自旋链。应用这一理论估计退相干过程对量子纠缠及其涨落的影响作了简要的讨论。
2011-10-05 quant-ph
Loss of coherence and coherence protection from a graviton bath
本文研究了量子谐振子与引力子浴耦合导致的相干性丢失，通过量子场论框架推导出主方程，发现退相干率与陷俘频率立方成正比，且数态叠加态永不退相干，揭示了引力子相互作用下的相干性保护机制。
2024-01-08 gr-qc quant-ph
Electron charge coherence on a solid neon surface
本文从理论上研究了固体氖表面电子电荷量子比特的退相干机制，发现声子诱导的表面位移和介电常数调制是主因，计算表明相干时间比现有实验结果至少长一个数量级，揭示了巨大的实验改进空间。
2025-08-09 quant-ph
Emulated nuclear spin gyroscope with $^{15}$NV centers in diamond
针对 NV 陀螺仪大型自旋系综相干性退化问题，研究利用 $^{15}$NV 中心核自旋，揭示相干衰减机制并开发仅控制电子自旋的鲁棒相干保护协议，实现退相干时间提升 15 倍及陀螺仪灵敏度提升一个数量级。
2024-01-06 quant-ph
Experimental protection and revival of quantum correlation in open solid systems
实验表明，在某些情况下，即使不存在纠缠，由量子不和谐量化的量子关联也是量子计算和量子通信中的重要物理资源。然而，由于量子系统与噪声环境之间的相互作用是不可避免的，因此有必要保护量子关联在环境中丢失，并在实际的开放系统中描述其动力学行为。实验表明，在固态P：Si系统中，从开始到从经典退相干到量子退相干的临界时间$t_c \approx 166$ ns，存在一个稳定的量子关联区间.为了保护量子关联，我们通过施加双翻转动态去耦（DD）脉冲序列，实现了临界时间延长50倍到$8 μ$ s。此外，我们还观察到了量子关联和经典关联的复活现象。实验上观察到量子关联存在一个不衰减的区间，并且在一个重要的有真实噪声的固态系统中得到了极大的扩展，这使得利用量子不和谐作为物理资源进行量子信息处理变得更加可行。
2012-09-30 quant-ph
Long nuclear spin coherence times for molecules trapped in high-purity solid parahydrogen
University of Nevada, Reno（内华达大学雷诺分校）
研究分子在高纯度固态反氢中测量自旋弛豫时间与相干时间，发现更高纯度矩阵可延长相干时间，揭示反氢矩阵对相干时间的限制。
2025-12-01 physics.atom-ph quant-ph
Ultralong spin coherence times for rubidium atoms in solid parahydrogen via dynamical decoupling
相干时间是量子传感、量子信息和量子计算的重要参数。在这项工作中，我们证明了电子自旋相干时间长达0.1秒的铷原子被困在一个固体仲氢矩阵的合奏。我们探讨潜在的物理限制的相干时间。这些矩阵孤立原子的性质是非常有前途的未来应用，包括核自旋的量子传感。如果与有效的单原子读出相结合，这将使核磁共振和磁共振成像的单分子与碱金属原子量子传感器共捕获在仲氢矩阵。
2020-07-20 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Sensing via Large Spin-Clusters in Solid-State NMR: Optimal coherence order for practical sensing
本研究通过固态核磁共振中的大自旋簇实现高灵敏度量子传感，揭示了最优相干阶数对提升传感效率的关键作用。
2025-11-29 quant-ph
Composite Dipolar Recoupling: Anisotropy Compensated Coherence Transfer in Solid-State NMR
在粉末样品的固态NMR光谱中，偶极-偶极耦合驱动的相干转移实验的效率受到核间矢量相对于外部磁场的取向的分散的限制。在这里，我们介绍了一般的设计原则和脉冲序列，接近全偏振转换效率的所有微晶取向的粉末中的魔角旋转实验。该方法补偿由于取向依赖偶极耦合相互作用和不均匀的射频场引起的相干散焦。补偿方案非常简单地实现为补偿脉冲的支架（梳），其中可以插入要改进的脉冲序列。补偿的程度可以调整，并且应该作为整个脉冲序列的效率和长度之间的折衷来平衡。数值和实验数据表明，该补偿方案显着提高了已知的偶极再耦合固态NMR实验的效率。
2006-01-04 quant-ph
Energy protection arguments fail in the interaction picture
具有简并基态的自旋哈密顿体系是一种在低温下存储量子信息的潜在体系。被囚禁的离子可以用来模拟这些哈密顿的动力学，但相干保持属性将丢失。这说明在相互作用框架中执行的量子模拟将不会随其环境热化。
2007-07-27 quant-ph
Preserving quantum coherence in thermal noisy systems via qubit frequency modulation
该研究分析频率调制量子比特在热耗散与退相位通道中的相干保持机制，明确FM对热耗散有效、对纯退相位无效，并给出双通道条件下的适用边界。
2025-10-19 quant-ph
A 10-qubit solid-state spin register with quantum memory up to one minute
与固体中的单个缺陷相关联的自旋为量子信息处理和量子网络提供了有希望的量子比特。最近的实验已经证明了长相干时间，高保真操作和长距离纠缠。然而，到目前为止，控制仅限于几个量子比特，演示了三个自旋的纠缠态。由于需要避免串扰并保护整个寄存器的相干性的量子门，实现更大的多量子位寄存器是具有挑战性的。在本文中，我们提出了新的退相干保护门相结合的选择性相位控制驱动的核自旋的电子自旋的动态去耦。我们使用这些门来实现一个10量子比特的量子寄存器，包括一个氮空位中心的电子自旋和9个金刚石核自旋。通过在所有45个可能的量子比特对之间产生纠缠，我们证明了寄存器是完全连接的，并实现了真正的多体纠缠态，最多可达7个量子比特。最后，我们研究寄存器作为一个多量子位存储器。我们展示了高达63（2）秒的相干时间-单个固态量子比特的最长报告-并证明两个量子比特纠缠态可以存储超过10秒。我们的研究结果使得能够控制具有长相干时间的大型量子寄存器，因此为先进的量子算法和具有固态自旋量子位的量子网络打开了大门。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal dynamical decoupling of a single solid-state spin from a spin bath
控制单个量子系统与其环境的相互作用是量子科学和技术中的一个基本挑战。通过双轴动力学解耦，我们戏剧性地抑制了金刚石中单个自旋与周围自旋池的耦合。通过量子过程层析成像验证了对任意量子态的相干性。由此产生的相干时间增强被发现遵循一般缩放与去耦脉冲的数量。对于高达136个脉冲的去耦作用没有观察到限制，与自旋回波相比，相干时间增强了25倍以上。这些结果揭示了实验量子科学的新制度，并允许克服实施量子信息协议的主要障碍。
2010-10-21 cond-mat.mes-hall 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
Using quantum state protection via dissipation in a quantum-dot molecule to solve the Deutsch problem
半导体量子点具有控制参数宽、尺寸小等优点，是实现固态量子计算的理想材料。考虑隧穿耦合的非对称双量子点，将激子态的自发发射和激光场的作用结合起来，保护了间接激子和基态的任意叠加态.作为副产品，我们展示了如何使用保护状态来解决Deutsch问题。
2012-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence-Enhanced Quantum Battery Charging with Ergotropy Stabilization
Texas A&M University（德克萨斯农工大学）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；Baylor University（贝勒大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文研究了通过增强相干性与Ergotropy稳定化来提高量子电池的充电效率和能量存储性能，提出了一种双通道相干框架，利用暗态保护来稳定Ergotropy，并探讨了内部充电器相干性和储层压缩之间的协同作用。
2026-05-17 quant-ph
Electric control of collective atomic coherence in an Erbium doped solid
我们展示了快速和准确的控制集体原子相干性的演变在掺铒固体使用外部电场。这是通过使用电场梯度和线性斯塔克效应控制在1536 nm处发射的铒离子的非均匀加宽来实现的。原子相干性的操纵的特征在于在光激发之后由样品发射的集体自发发射（光自由感应衰减），其不需要任何原子的先前准备。我们发现，由电场控制的原子的退相和再定相导致光学自由感应衰减的崩溃和复苏。我们的研究结果表明，使用外部电场不会引入任何实质性的额外的退相干，并使集体原子相干性的操作具有非常高的精度上的时间尺度上的几十ns。这为光子量子态存储和量子态操作提供了一个有趣的资源。
2009-07-24 quant-ph
Nanocavity enhanced photon coherence of solid-state quantum emitters operating up to 30 K
本研究实验分辨固态量子点中两类温度相关声子退相干机制，并通过光子纳米腔耦合在30 K下显著提升光子相干性，同时提出可预测并优化器件性能的极化子模型。
2024-05-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Enhanced solid-state multi-spin metrology using dynamical decoupling
我们使用多脉冲动力学去耦来增加室温金刚石中大量氮空位（NV）电子自旋的相干寿命（T2），从而使多自旋量子信息处理和计量学的可扩展应用成为可能。我们实现了一个数量级的扩展的NV多自旋T2的金刚石样品具有广泛不同的自旋环境。对于氮杂质浓度<~1 ppm的样品，我们发现T2 > 2 ms，与单NV中心报道的最长相干时间相当，并证明AC磁场的NV多自旋传感增强了10倍。
2012-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Full protection of superconducting qubit systems from coupling errors
在超导电路中实现的固态量子比特具有极高的可扩展性。然而，强退相干可以通过耦合各个量子位的电路的各种元件转移到量子位，特别是当在长距离上实现耦合时。我们在这里提出了一个编码，提供充分的保护，防止错误源自这些耦合元件，超导量子位链与最近邻各向异性XY相互作用。还可以看出，编码提供了部分保护，以防止来自一般电子噪声的错误。
2005-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Sustained macroscopic quantum coherence in a superradiant solid under ambient conditions
The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）
本研究在环境条件下实现固态超辐射脉泽，在金刚石氮-空位中心自旋与微波腔光子间建立长寿命宏观量子相干性，为多体关联量子光探索提供固态平台。
2026-08-26 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Spin coherence and optical properties of alkali-metal atoms in solid parahydrogen
本文对39 K、85 Rb、87 Rb和133 Cs原子在固体仲氢中的自旋相干性质进行了实验和理论研究。我们利用光抽运制备注入原子的自旋态，利用圆二色性测量注入原子的自旋态。光泵浦信号显示数量级的差异，这取决于矩阵的生长条件和原子种类。我们测量了碱金属原子自旋态的系综横向弛豫时间（T2*）。不同的碱金属物种表现出显著不同的T2* 时间，范围从87 Rb的高mF态的亚微秒相干时间到39 K的~100微秒。这是在高密度（n > 10^16 cm^-3）下电子自旋系统所报道的最长系综T2* 时间。为了解释这些观测结果，我们发展了一个弱相互作用固体基质中^2S原子超精细跃迁非均匀加宽的理论。我们计算的系综横向弛豫时间与实验吻合得很好，并提出了在未来工作中延长相干时间的方法。
2019-10-11 physics.atom-ph quant-ph
Topological Protection and Quantum Noiseless Subsystems
通过拓扑自由度对量子信息进行编码和操纵，为实现物理层面上固有的自然容错提供了一种很有前途的方法。我们表明，这种拓扑方法的量子信息处理是一个特殊的例子，在一个无噪声的量子子系统的计算概念。后者则为稳定量子信息和在拓扑和几何系统中保持量子相干性提供了最一般的概念框架。
2003-02-18 quant-ph
Phenomenological Study of Decoherence in Solid-State Spin Qubits due to Nuclear Spin Diffusion
我们提出了一个研究的前景，在固态自旋量子比特的相干性保持使用动态解耦协议。最近的实验提供了在这个量子比特系统中的多脉冲动态解耦序列的第一个演示，但由于缺乏相关噪声过程的具体知识，对潜在相干性改善的定量分析受到阻碍。基于实验验证的半经典模型，我们模拟了任意动态解耦脉冲序列下的量子比特相干性。这种现象学方法将潜在噪声过程的细节捆绑到一个实验相关的噪声功率谱密度中。我们的研究结果表明，在一个两电子单重态-三重态自旋量子比特的实验测量的主要特征可以复制使用$1/ω^{2}$噪声功率谱与核自旋翻转的主机材料。从这个验证开始，我们解决了核编程，高频核自旋动力学和其他高频经典噪声源的影响，与物理参数和微观计算支持的aptures在相关的。我们的研究结果提供了预期的性能界限，并确定诊断指标，可以通过实验测量，以更好地阐明潜在的核自旋动力学。
2011-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
