Sudden Change of Quantum Discord under Single Qubit Noise
我们证明了即使只有一部分纠缠态暴露在噪声环境中，量子关联也会发生突变。我们的结果通过不同的噪声环境单独作用于量子系统的单个量子比特来说明。因此，量子系统整体上的复合噪声并不是量子关联发生突变的必要条件。
2012-12-31 quant-ph
Entanglement-enhanced quantum metrology in a noisy environment
量子精密测量克服了标准的精度限制，在科学技术中发挥着核心作用。实际上，它容易受到诸如退相干之类的缺陷的影响。在这里，我们证明了量子精密测量的噪声信道，使纠缠与辅助量子比特增强相位估计的量子费舍尔信息，但不是其他。我们的光子实验涵盖了各种类型的信道的噪声范围，包括两个随机交替的信道，使得每个噪声信道的辅助纠缠分别失败。我们已经模拟了噪声信道实现空间复用的双量子光子输入干涉仪。我们已经证明了纠缠辅助协议的优势，在相位估计实验中运行的单探针或多探针的方法。这些结果表明，与附属纠缠是一种有价值的方法，提供量子增强计量。我们的新方法，通过一个简单的线性光学干涉网络与易于准备的光子输入的纠缠辅助量子精密测量提供了一条通往实用的量子精密测量。
2018-01-29 quant-ph
Multiple membrane cavity optomechanics
我们从理论上探讨了腔光学力学在多层膜系统中的应用。我们描述了这样一个系统的膜阵列的集体正常模式的光场的耦合。我们表明，这些模式可以单独进行光学寻址和冷却，捕获和表征，例如，通过量子非破坏测量。这个系统和线性链的囚禁离子或偶极分子之间的类比意味着在量子领域相关应用的可能性。
2008-04-08 quant-ph
Achieving Heisenberg limit under noisy conditions with quantum Zeno dynamics and dynamical decoupling
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
研究量子芝诺动力学和动态去耦在量子计量学中抑制噪声并实现海森堡极限的条件，证明两者结合可弥补各自不足。
2026-09-01 quant-ph
Analysis of State Teleportation using Noisy Quantum Gates
Lahore University of Management Sciences（拉合尔管理科技大学）
研究噪声过程对量子态传送协议的影响，分析不同噪声类型下保真度变化，揭示噪声对传送协议的敏感性及低噪声下的鲁棒性。
2026-04-09 quant-ph
Pulsed quantum continuous-variable optoelectromechanical transducer
我们提出了一个设置，允许纠缠两个直接非相互作用的辐射模式应用四个顺序的脉冲量子共振相互作用与一个嘈杂的振动模式的机械振荡器，发挥调解人的作用。我们分析了由换能器产生的辐射模式的高斯纠缠，并确认噪声机械模式可以调解纠缠的产生。然而，纠缠是有限的，如果相互作用增益没有单独优化。我们证明了传感器对光损耗和机械浴的影响的鲁棒性，并提出了通过个体优化实现最大性能的方法。
2017-04-13 quant-ph
Controlled-NOT gate sequences for mixed spin qubit architectures in a noisy environment
针对大规模量子计算的应用，提出了两个不同类型量子比特之间的显式受控非门序列。在这里，这种复合系统的构建块是基于半导体量子点中静电限制的电子自旋的量子比特。对于每一个系统，在两种不同的几何构型中，利用仅由电子对之间的交换相互作用表示的有效哈密顿模型。数值遗传算法，考虑到所涉及的实际物理参数。门操作通过调制不同量子点对之间的隧穿势垒和能量偏移来解决。考虑到门序列脉冲的不理想控制、超精细相互作用和电荷噪声的限制，计算了门不稳定度。
2017-09-25 quant-ph
Entanglement recovery in noisy binary quantum information protocols via three-qubit quantum error correction codes
保持量子纠缠不受噪声干扰是量子通信和量子信息传输的重要任务。为此目的，可以采用量子纠错（QEC）码来至少部分地补偿由环境噪声引起的干扰，环境噪声可以被建模为比特翻转或相位翻转误差信道。本文研究了简单的三量子比特QEC码在两量子比特系统中恢复纠缠和非定域性的作用，并考虑了两个实际应用：超密集编码和量子隐形传态.虽然所考虑的三量子比特QEC码是已知的完美的工作在非常小的噪声的存在下，我们表明，他们可以避免纠缠的突然死亡，并提高所述协议的性能，也为更大的噪声幅度。
2022-11-21 quant-ph
Sympathetic Cooling in Trapped Ions with Spectral Selectivity via the Zeeman Shift
Duke University（杜克大学）；IonQ, Inc.（IonQ公司）
提出一种利用塞曼位移和窄四极跃迁实现谱选择性协同冷却的方案，在冷却离子链的同时减少对数据离子的退相干影响。
2026-10-15 quant-ph
A scaled local gate controller for optically addressed qubits
本研究展示了一种基于现成组件的光调制器系统，可生成超万个均匀聚焦点并以43 kHz速率独立开关，实现低串扰的局部门寻址，适用于多种光学量子比特平台。
2023-10-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A Quantum Pulse Gate based on Spectrally Engineered Sum Frequency Generation
介绍了量子脉冲门（QPG）的概念，它是一种获取光的超快量子态的本征宽带谱模结构的方法。这种模式结构现在可以用于量子信息处理。我们提出了一种实现在PPLN波导，基于频谱工程和频生成（SFG）。它使我们能够从超快多模状态中挑选出定义明确的光谱宽带模式，以便相互转换为另一频率的宽带模式。通过脉冲整形明亮的SFG泵浦光，不同的正交宽带模式可以单独解决和提取近单位效率。
2011-01-26 quant-ph
New considerations on the separability of very noisy mixed states and implications for NMR quantum computing
我们修改的问题首先解决的布劳恩斯坦和同事（物理学评论快报。{ \bf 83}（5）（1999）1054），涉及由具有$ρ_ε= (1-ε)M_d+ερ_1$形式的一般密度矩阵表示的非常嘈杂的混合状态的可分性。详细的数值分析表明：（1）在密度矩阵展开系数$-1\le c_{α_1,...,α_N}\le 1$所取的区间内存在无穷多个值，它们产生{ \em非物理密度矩阵}，迹等于1，但至少有一个{ \em负}本征值;（2）在预测的纠缠区域外存在纠缠矩阵;（3）在同一区域内存在可分矩阵。它还表明，$ε$的上下界依赖于$ρ_1$在泡利基的展开系数。如果$ρ_{1}$是迹等于1的厄米算符，但允许有{ \em负}本征值，则证明了$ρ_ε$可以纠缠，甚至是两个量子比特的纠缠.
2004-04-03 quant-ph
Sympathetic cooling of $^9Be^+$ and $^{24}Mg^+$ for quantum logic
我们演示了由一个$^9Be^+$和一个$^{24}Mg^+$离子组成的两种离子晶体的冷却。由于这两种物质的各自的冷却转变间隔超过30 nm，即使当离子没有被单独寻址时，一种离子的激光操纵对另一种离子的影响也可以忽略不计。因此，这是一个有用的系统，用于重新初始化离子阱量子计算机中的运动状态，而不影响量子比特信息。此外，我们已经发现，离子之间的质量差能够实现一种用于检测并随后消除射频（RF）微动的影响的新方法。
2003-07-11 quant-ph
Quantifying quantumness via commutators: an application to quantum walk
见证或量化量子系统的非经典性的问题已经以各种方式解决。对于一个给定的系统或理论，我们建议将其与可容许状态的不相容性相鉴别。我们利用两态交换子的Hilbert-Schmidt范数来量化量子系统的非经典性。作为该测度的一个特殊应用，我们研究了带噪声硬币的离散时间量子行走的经典化。
2013-12-04 quant-ph
Crosstalk Suppression for Fault-tolerant Quantum Error Correction with Trapped Ions
实验性量子信息处理器中的物理量子比特不可避免地暴露于不同的噪声和缺陷源，这导致通常会积累的错误，从而阻碍我们可靠地执行长时间计算的能力。朝向可扩展和鲁棒的量子计算的进展依赖于利用量子纠错（QEC）来积极地对抗这些不期望的效应。在这项工作中，我们提出了一个全面的研究的串扰误差的量子计算架构的基础上的一个单一的字符串的离子限制的射频陷阱，并操纵单独寻址的激光束。这种类型的错误会影响旁观者量子位，理想情况下，旁观者量子位在应用以不同的有效量子位集寻址的单量子位和双量子位量子门期间应该保持不变。我们微观模型串扰误差的第一原理，并提出了一个详细的研究表明，使用一个相干与非相干的错误建模的重要性，此外，讨论策略，积极抑制这种串扰在门级。最后，我们研究了残余串扰误差对容错QEC性能的影响数值，确定了在近期捕获离子实验中需要达到的实验目标值，以达到低距离拓扑代码的有益QEC的盈亏平衡点。
2021-06-24 quant-ph
Quantum repeater node with free-space coupled trapped ions
本文基于同一陷阱中两个自由空间耦合的钙离子量子存储器，实现了量子中继单元，演示了原子-光子与光子-光子纠缠的异步生成及纠缠交换，并分析了保真度与速率扩展性。
2024-09-03 quant-ph
Learning Density Functionals from Noisy Quantum Data
研究提出利用NISQ设备生成的含噪数据训练经典机器学习模型来学习Fermi-Hubbard模型的密度泛函，发现神经网络能有效滤除无偏噪声并泛化，但在类Kohn-Sham优化方案中求解新实例表现良好。
2024-09-04 quant-ph
Qubit Disentanglement and Decoherence via Dephasing
我们考虑一对量子比特之间相互纠缠形式的量子相干性是否容易受到衰减的影响，这种衰减可能比任何一个量子比特单独的相干性的衰减更快。如果嵌入的量子位（自旋、量子点、库珀对盒等）被用于固态量子计算，则出现对固态量子计算潜在重要性的实例。同时暴露在全局和局部噪声中。在这里，我们允许单独的相位噪声信道影响系统相干性的本地和非本地措施。我们发现，量子位纠缠的衰减时间可以显着短于单个量子位的本地退相的时间。
2003-08-04 quant-ph
Observation of Hopping and Blockade of Bosons in a Trapped Ion Spin Chain
库仑晶体中的局域声子模可以代表耦合玻色子的哈伯德系统。我们选择性地准备在每个站点的单激发，并观察站点之间的玻色子的自由跳跃，介导的远程库仑离子之间的相互作用。然后，我们实施声子封锁的目标网站上驱动Jaynes-Cummings相互作用单独寻址离子耦合到本地声子模式的内部自旋。由此产生的修饰态具有能量分裂，可以调谐以抑制声子跳到该位置。这种新的实验方法开辟了实现大规模哈伯德系统的可能性，从下到上，在单站点水平的可调相互作用。
2017-11-01 quant-ph
A fiber array architecture for atom quantum computing
Division of Precision Measurement Physics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新学院精密测量物理部）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Wuhan Institute of Quantum Technology（武汉量子技术研究院）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
本文提出一种用于原子量子计算的光纤阵列架构，实现单原子完全独立控制，实验展示了对十个单原子的捕获与独立寻址，单量子比特门平均保真度达0.9966(3)，为高效执行量子算法奠定基础。
2024-11-13 quant-ph
Quantum gate teleportation between separated qubits in a trapped-ion processor
大规模量子计算机将需要在相距甚远的量子位之间进行量子门操作。实现这种操作的方法，称为量子门隐形传态（QGT），只需要本地操作，经典通信和共享纠缠。我们证明了QGT在一个可扩展的架构，通过确定性地传送控制非（CNOT）门之间的两个量子位在空间上分离的位置在离子阱。在95%的置信水平下，我们传送的CNOT的纠缠保真度在[0.845，0.872]区间内。该实现将离子穿梭与单独寻址的单量子位旋转和检测，相同和混合物种的双量子位门以及实时条件操作相结合，从而展示了用于缩放结合在单个设备中的捕获离子量子计算机的基本工具。
2019-08-19 quant-ph
Fundamental noisy multiparameter quantum bounds
量子多参数估计涉及同时估计多个参数，并且可以比单独估计它们更精确。我们在这里的兴趣是确定基本的量子限制，可实现的多参数估计精度存在噪声。我们提出了一个下界的估计误差协方差的噪声初始探测状态通过无噪声量子信道演变。然后，我们提出了一个下界的估计误差协方差在最一般的形式，通过一个嘈杂的量子信道的嘈杂的初始探测状态演变。我们显示的条件和相应的测量，以达到这些估计精度限制的噪声系统。我们看到，即使在存在噪声的情况下，也可以利用包括$N$粒子的探针来实现$1/N$的海森堡精确标度。事实上，初始探测状态或量子信道中的一些噪声可以用作特征而不是缺陷，因为在初始状态或信道中存在噪声的情况下可实现的估计精度缩放在某些情况下在初始状态或信道中不存在噪声的情况下是不可能的。然而，大量噪声损害了利用$N$并行资源可实现的量子优势，并且允许$1/\sqrt{N}$的最佳精度缩放。此外，海森堡精度限制可以击败与信道中的噪声，我们提出了一个超海森堡精度限制与缩放的$1/N^2$的最佳量的信道中的噪声，其特征在于单粒子演化算子。此外，对于有噪声的信道使用$γ$ -粒子演化算子，其中$γ>1$，可获得的最佳精度缩放是$1/N^{2γ}$，否则已知其仅可能使用用于无噪声信道的$2γ$ -粒子演化算子。
2018-12-17 math.OC quant-ph
Individual-atom control in array through phase modulation
本文提出通过相位调制连续驱动实现中性原子阵列中单量子比特门的高精度单独寻址，显著抑制串扰，并开发两种并行门操作方案，为低错误扩展原子阵列平台提供新途径。
2023-10-30 quant-ph
Variational quantum algorithms with invariant probabilistic error cancellation on noisy quantum processors
Shishan Laboratory, Nanjing University（南京大学石崑实验室）；Jiangsu Key Laboratory of Quantum Information Science and Technology, Nanjing University（南京大学量子信息科学与技术江苏省重点实验室）；Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息与量子物理协同创新中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Department of Modern Physics, School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理学院现代物理系）；Shenzhen Institute for Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学量子科学与工程研究院）；International Quantum Academy（深圳国际量子学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学广东省量子科学与工程重点实验室）；Shenzhen Key Laboratory of Quantum Science and Engineering, Southern University of Science and Technology（南方科技大学深圳市量子科学与工程重点实验室）
针对含噪声量子处理器上变分量子算法（VQAs）因噪声导致的偏差和迭代困难，提出结合概率错误消除（PEC）与量子近似优化算法（QAOA）的不变采样电路策略及自适应部分PEC技术，实验降低采样成本90.1%，实现高效收敛并增强逃离局部最小值能力。
2025-06-08 quant-ph
Quantum cryptography compatible with noisy intermediate-scale quantum devices based on Parrondo dynamics in discrete-time quantum walks
National Institute of Science Education and Research（国家科学教育研究中心）；Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）
提出一种基于离散时间量子行走的密码方案，利用Parrondo动力学实现周期演化，并在NISQ设备上通过Qiskit仿真验证其抗噪声能力，分析截获重发和中间人攻击下的量子比特错误率。
2026-07-03 cond-mat.dis-nn quant-ph stat.CO
The impact of noise on the simulation of NMR spectroscopy on NISQ devices
本文在 IBM 与 IonQ Aria 云量子平台上模拟小型有机分子 NMR 光谱，分析噪声影响并提出可由保真度指标计算的有效退相干率，以确定算法噪声容忍阈值。
2025-10-20 quant-ph
Toffoli and C$^\text{n}$NOT (n$>2$) gates in a neutral-atom platform using Rydberg coupling and dark state resonances
本文提出在中性原子光镊平台利用里德堡强相互作用和暗态共振实现高保真Toffoli门，并借助里德堡反阻塞机制扩展实现多控制比特C$^\ ext{n}$NOT门，为量子计算中的多量子比特受控操作提供新途径。
2025-07-03 quant-ph
Microtrap arrays on magnetic film atom chips for quantum information science
我们提出了两种不同的策略，发展一个量子信息科学平台的基础上，我们的实验结果与磁膜原子芯片上的磁性微陷阱阵列。第一种策略的目标是在~5 μm周期的晶格中的介观系综量子比特，这样量子比特可以单独寻址，相互作用可以通过里德伯激发来介导。第二种策略的目标是使用~100 nm周期的亚光晶格的直接量子模拟器。这将允许实现凝聚态激发的量子多体系统，如新参数体系中的哈伯德模型。这两种方法提出了相当不同的问题，其中一些是确定和讨论。
2011-04-15 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement between two spatially separated atomic modes
在量子计算、量子模拟和量子精密测量领域中的现代量子技术需要产生和控制大的纠缠粒子系综。在中性原子的超冷集合体中，产生了包含数千个粒子的高度纠缠态，数量超过了任何其他物理系统的数量级。纠缠的产生依赖于相同粒子集合中基本的粒子交换对称性，这缺乏可明确定义的子系统之间纠缠的标准概念。在这里，我们提出了两个空间分离的云之间的纠缠产生分裂的超冷相同的粒子系综。由于云可以单独处理，我们的实验开辟了一条道路，利用不可区分的粒子的可用纠缠态的量子信息应用。
2017-08-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity Two-qubit Gates Using a MEMS-based Beam Steering System for Individual Qubit Addressing
在大规模囚禁原子离子量子计算机中，需要将高保真度的双量子比特门扩展到所有量子比特上，并对其进行单独控制。我们实现和表征高保真双量子比特门在一个系统中多达4个离子使用径向模式。通过使用微机电系统（MEMS）反射镜操纵的两个紧密聚焦的光束来单独寻址离子。通过应用多达21个双量子比特门的序列并测量最终状态保真度，我们推导出两离子链中的门保真度为99.49（7）%，四离子链中的门保真度为99.30（6）%。我们描述的残余误差和讨论的方法，以进一步提高门保真度的值，是兼容的容错量子计算。
2020-08-04 physics.atom-ph quant-ph
Parallel transport quantum logic gates with trapped ions
我们演示了单量子比特操作传输铍离子通过一个固定的激光束的速度控制。我们使用这些来执行量子操作的相干序列，并使用单个回收激光束在复用离子阱芯片的不同处理区中对两个离子执行并行量子逻辑门。对于后者，我们展示了通过局部控制每个离子的速度来单独寻址的单量子比特门。我们观察到的结晶度与使用涉及静态离子和脉冲激光场的标准方法进行的操作是一致的。因此，这项工作提供了一条路径，以可扩展的离子阱量子计算与光学控制的复杂性降低的要求。
2016-02-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Demonstration of a Quantum Gate using Electromagnetically Induced Transparency
我们展示了一个本机$\mathrm{CNOT}$门之间的两个单独寻址的中性原子的电磁感应透明（EIT）的基础上。该协议利用里德伯态的强长程相互作用，在封锁机制下运行时实现目标量子位上的条件态转移。该方案的优点在于，其使得能够使用独立于量子位数的脉冲序列来实现多量子位CNOT $^k$门，从而提供用于有效实现数字量子算法和用于量子纠错的稳定器测量的简单门。我们获得了$\mathcal{F}_\mathrm{CNOT}^\mathrm{cor} = 0.82(6)$的损耗校正门保真度，并在目前受激光功率限制的情况下，用$\mathcal{F}_\mathrm{Bell}^\mathrm{cor} = 0.66(5)$制备了纠缠Bell态。我们提出了一些技术改进，以推进这一水平所需的容错扩展。
2022-10-12 physics.atm-clus physics.atom-ph quant-ph
Quantum subspace expansion in the presence of hardware noise
本文将VQE与量子子空间展开协同集成以缓解硬件噪声对参数化量子电路的影响，并通过系统基准测试和基于迹的子空间基矢量选择准则及概率误差消除方法，在IBM QPU上精确求解一维和二维混合场伊辛模型的基态能量。
2024-04-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A Hardware-Aware Heuristic for the Qubit Mapping Problem in the NISQ Era
由于量子硬件实现中的几个物理限制，今天的量子计算机被称为噪声中间尺度量子（NISQ）硬件。NISQ硬件的特点是量子比特数量少（50到几百个），操作噪音大。此外，目前实现的超导量子芯片在量子比特之间没有理想的全对全连接，而最多是最近邻连接。所有这些硬件限制都增加了补充的低级别要求。在将量子电路提交给实际芯片之前，需要解决这些问题。满足这些要求对程序员来说是一项乏味的任务。相反，使量子电路适应给定硬件的任务留给了编译器。在本文中，我们提出了一个硬件感知映射转换算法（HA），考虑到校准数据，旨在提高电路的整体保真度。IBM量子硬件上的评估结果表明，我们的HA方法可以超越最先进的额外的门的数量和电路保真度方面。
2020-10-06 cs.AR quant-ph
Scalable Trapped Ion Addressing with Adjoint-optimized Multimode Photonic Circuits
本文设计与表面电极离子阱集成的伴随优化多模光子电路，通过聚焦光栅耦合器和TE模式干涉实现低串扰、可重构的单离子与多离子寻址。
2025-05-13 physics.optics quant-ph
Photon control and coherent interactions via lattice dark states in atomic arrays
具有亚波长间隔的有序原子阵列已经成为一种高效和通用的光-物质界面，其中发射器集体响应并形成具有抑制衰减速率的亚辐射晶格模式。在这里，我们表明，这种晶格暗态可以单独寻址和操纵通过施加空间调制的原子失谐。更具体地说，我们表明，晶格暗态可用于存储和检索单光子与近单位的效率，以及控制发射的电磁场的时间，频率和空间自由度。此外，我们还讨论了如何设计多个暗态之间的任意相干相互作用。这些结果为构建一个量子平台铺平了道路，该平台可以同时充当量子存储器和光子整形器，能够产生与量子信息协议相关的光状态。
2022-02-16 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link
实现通用量子计算机的革命性承诺将需要具有数百万量子比特（qubit）的处理器。在超导量子处理器中，每个量子比特都是用微波信号线单独寻址的，微波信号线将室温电子设备连接到量子线路的低温环境。与每个量子位的多条同轴线相关的复杂性和热负荷将处理器的可能大小限制在几千个量子位。在这里，我们介绍了一种光子链路，采用光纤将调制激光从室温引导到低温光电探测器，能够直接在毫开尔文温度下提供散粒噪声限制的微波信号。通过演示超导量子比特的高保真控制和读出，我们表明，这种光子链路可以满足超导量子信息处理的严格要求。利用光纤的低热导率和大的固有带宽，可以有效地大规模多路传输相干微波控制脉冲，为实现百万量子位通用量子计算机提供了一条途径。
2020-09-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Realization of programmable Ising models in a trapped-ion quantum simulator
本研究在囚禁离子量子模拟器中实现了最多四个自旋的全连接可编程伊辛模型，通过相位调制实现可编程性，并验证了多种相互作用几何结构，为实际量子优势奠定基础。
2023-11-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
