Simulating long-range hopping with periodically-driven superconducting qubits
量子计算机是模拟多体物理的领先平台。这项任务最近已经方便的可能性，直接编程的时间相关的脉冲发送到计算机。在这里，我们使用这个功能来模拟具有长程跳跃的量子晶格模型。我们的方法是基于一个精确的映射之间的周期性驱动的量子系统和一维晶格的合成Floquet方向。通过设计一个具有幂律谱的周期性驱动器，我们模拟了一个具有长程跳跃的晶格，其衰减指数可以自由调节。我们提出并实现实验两个协议，探测的长尾Floquet本征函数，并确定一个缩放之间的过渡弱和强的长程耦合。我们的工作提供了一个有用的基准脉冲工程和丰富的非平衡效应的量子模拟的路线。
2021-08-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Identifying the Riemann zeros by periodically driving a single qubit
黎曼猜想是纯数学中最重要的公开问题之一，蕴含着素数最深刻的秘密。解决这个假设的最有趣的方法之一是将问题与量子系统的物理哈密顿量的谱联系起来。然而，没有一个量子哈密顿算子在实验上是可行的。在这里，我们报告了第一个实验，通过适当设计的周期性驱动函数，使用一种新的Floquet方法来识别Riemann zeta函数的前两个非平凡零点和Pólya的假zeta函数的前两个零点。根据这种方法，这些功能的零点的特点是发生交叉的准能量时，系统的动态冻结。实验得到的零点与它们的精确值非常吻合。我们的研究提供了第一个实验实现的黎曼零点，这可能会提供新的见解这一基本的数学问题。
2019-11-05 quant-ph
Can the dynamical Lamb effect be observed in a superconducting circuit?
当超导量子比特与谐振器的耦合周期性地非周期性地“开”和“关”时，超导电路中将出现动态兰姆效应。我们表明，通过使用超导电路，它允许切换之间的纵向和横向耦合的量子比特的谐振器，它是可能的，以观察动态兰姆效应。{The纵向和横向耦合之间的切换可以通过调制通过电路回路的磁通量来实现。通过求解耦合到谐振腔中的量子比特的薛定谔方程，我们计算了量子比特的激发几率以及兰姆动力学效应在谐振腔中产生$n$光子的几率随时间的演化.当使用频率等于平均量子比特和光子跃迁频率之和的方波或正弦调制磁通量在纵向和横向之间周期性地切换耦合时，概率最大。
2019-03-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Eliminating interactions between non-neighboring qubits in the preparation of cluster states in quantum molecules
提出了一种消除双点分子制备团簇态时非近邻量子位效应的方案。由于量子位之间的相互作用哈密顿量是伊辛模型的，并且相互对易，通过适当改变每个量子点分子的电子电荷态，可以得到量子位之间的正负有效相互作用，从而抵消非最近邻量子位的影响。与不考虑非最近邻相互作用的方案相比，该方案的总时间仅为一维量子比特链的2倍和二维量子比特阵列的3倍.
2008-04-24 quant-ph
Periodically driven quantum open systems: Tutorial
本文基于Floquet理论，对与热浴弱耦合的开放量子系统的主方程进行了简单的推导和讨论，并将其推广到周期性外部驱动的情形.此外，单个热浴被多个热浴代替。我们还提出了满足热力学第二定律的热流的定义，并将一般结果应用于一个简单的周期调制量子比特模型。
2012-05-21 quant-ph
Generating frequency-bin qubits via spontaneous four-wave mixing in a photonic molecule
提出了一种在耦合微腔（光子分子）系统中通过自发四波混频产生频率仓光子量子比特的方案，使得量子比特的状态完全由泵浦场的频率振幅控制。结果表明，光子分子的耦合参数可以进行优化，以提供近纯的先驱光子的产生。所预示的量子比特状态不依赖于微谐振器模式频率，从而允许利用频率复用来提高量子信息处理的效率。
2019-09-29 quant-ph
Quantum Computation with Rotational States of Nonpolar Ionic Molecules
我们提出了一个量子计算机架构，这是强大的抗退相干和可扩展的。作为量子比特，我们采用一个非极性离子分子的旋转态被困在离子阱中。结果表明，旋转态量子比特比传统的原子离子电子态量子比特更不受退相干的影响。提供了一套完整的方法集，用于状态准备，单量子位门，受控非门和适用于旋转态量子位的量子位读出。由于离子分子可以在离子阱阵列中传输，旋转态量子比特有望成为构建大规模量子计算机的一个有希望的候选者。
2015-03-30 quant-ph
Quantum Computation and Bell-state Measurement with Double-Dot Molecules
我们提出了一个双点分子的量子计算架构，其中量子比特被编码在分子的两个电子的自旋态。通过将每个分子内的两个点垂直于量子位标度线排列，相邻量子位之间的相互作用大大简化，并且多量子位系统的标度变得简单。由于可以通过调节两个点之间的电势偏移来方便地在任何两个相邻分子之间打开和关闭伊辛模型有效相互作用，因此可以实现通用双量子位门，而不需要对点之间的隧道耦合进行时间依赖性控制。对于这样排列的量子分子，我们还提出了一种对双点单重态和三重态编码的量子比特的Bell态测量方案。
2007-08-18 quant-ph
Entanglement of polar symmetric top molecules as candidate qubits
使用极性分子的旋转态作为量子比特的量子计算的建议以前只考虑了双原子分子。对于这些，斯塔克效应是二阶的，因此需要相当大的外部电场来产生实验室框架中所需的偶极矩。在这里，我们考虑使用极性对称的顶部分子。这些提供了由一阶斯塔克效应产生的优点，其使得有效偶极矩几乎与场强无关。这允许使用低得多的外部场强来寻址站点。此外，对于量子位的特定选择，电偶极相互作用变得与NMR系统同构，已经开发了许多增强逻辑门操作的技术。同样吸引人的是更广泛的化学范围，因为许多对称的顶层有机分子提供了自旋和超精细结构或内部旋转状态的辅助存储量子位的选择。
2011-08-05 quant-ph
Generalized Majorana edge modes in a number-conserving periodically driven $p$-wave superconductor
该研究在粒子数守恒的周期驱动$p$-波超导体中发现广义马约拉纳零模和$\pi$模，定义并计算了其拓扑绕数，并验证了在有限充电能量下的稳定性及量子比特编码和编织的可行性。
2023-12-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
A study of excess energy and decoherence factor of a qubit coupled to a one dimensional periodically driven spin chain
本文采用一个由一维环境Ising自旋链和一个全局连接到环境所有自旋的量子比特组成的中心自旋模型（CSM），数值研究了环境的过剩能量（EE）和退相干因子的对数，即单位点的动力学保真度磁化率（DFSS），在使用Floquet技术周期性地驱动环境的横向场项穿过其临界点的情况下，与量子位相关联。在纯态下制备的量子位与自旋链的横向场的耦合产生两组对应于两种Floquet算子的EE。在弱耦合的限制下，我们推导出了一个近似的表达后，一个无限数量的驱动周期，可以成功地估计低，中频行为的数值获得的DFSS。我们的主要重点是分析调查的EE和DFSS的系统-环境耦合强度的影响，并与DFSS的行为EE作为一个功能的频率通过合理的分析参数。我们明确地表明，低频拍频模式的DFSS是两个频率的结果，导致振荡的两个分支的EE，这是依赖于耦合强度。在中频区域，在DFSS中观察到的凹陷结构可以通过EE在那些耦合参数依赖的频率处的谐振峰来证明; EE和DFSS的高频饱和值也通过耦合强度彼此连接。
2015-12-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
The long mean-life-time-controlled and potentially scalable qubits composed of electric dipolar molecules based on graphene
提出由电偶极分子组成的量子比特，利用简谐振动能级构建量子态并在石墨烯系统中实现大规模制造，激发态寿命寿命达260秒且Rydberg blockade半径约100nm，可操作量子比特达数百万。。
2023-12-10 quant-ph
The Floquet Fluxonium Molecule: Driving Down Dephasing in Coupled Superconducting Qubits
本文提出一种受驱动的超导擦除量子比特——Floquet 磁通量子分子，通过分离量子比特态和二阶通量噪声不敏感机制，实现约50毫秒相干时间和约500微秒擦除寿命，并展示高保真单量子比特门操作方案。
2024-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Optically Driven Qubits in Artificial Molecules
我们提出了一种基于耦合量子点的量子门模型，其中量子比特被看作是每个量子点中基态的叠加。通过照射在量子点上的单色光脉冲的频率和偏振两者来执行对量子位的相干控制。我们还表明，一个简单的组合，两个单量子位门功能作为一个受控的非门产生的电子-电子相互作用。为了研究量子态的退相干，我们讨论了主要由LA声子过程贡献的电子弛豫。
2000-05-17 quant-ph
Quantum Computer Using Coupled Quantum Dot Molecules
我们提出了一种使用人工分子实现量子计算机的方法。该人工分子由两个沿z方向堆叠的耦合量子点和一个单电子组成，分别由一个分子和两个耦合分子构成单量子比特和双量子比特门，利用分子的基态和第一激发态对量子比特进行编码，并利用量子比特门中的量子比特对量子比特进行编码。|0>和|1>量子比特的状态。量子位由谐振电磁波操纵，该电磁波通过微带线直接施加到量子位。量子控制的非门中的两个量子比特之间的耦合通过使金属膜电极浮置（接地）来打开（关闭）。我们利用盒形量子点模型和数值求解含时薛定谔方程研究了量子门的操作，证明了量子门可以进行量子计算.门的操作速度约为每4ps一次操作。量子计算机的输出的读取操作可以通过检测量子比特的偏振来执行。
2000-10-07 quant-ph
Electrical two-qubit gates within a pair of clock-qubit magnetic molecules
利用时钟跃迁（Clock Transitions，CT）技术，证明了HoW $_{10}$分子自旋量子比特的相干性增强.最近的研究表明，当在CT下工作时，可以使用电场在含有两种相同但反转相关分子的晶体内选择性地寻址指向给定方向的HoW $_{10}$分子。在这里，我们从理论上探讨了利用电场在稀释晶体内的两个相邻的CT保护的HoW $_{10}$量子量子门之间实现纠缠的可能性。我们估计的热演化的$T_1$，$T_2$，发现CT也是最佳的工作点，从声子的角度来看，并制定了如何结合一系列的微波和电场脉冲，以实现相干控制内的2量子比特的操作空间，这是保护从自旋浴和声子浴退相干。最后，我们发现了一个高度保护的1量子比特子空间，它是由两个时钟分子之间的相互作用产生的。
2022-04-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient entanglement operator for a multi-qubit system
在液态NMR量子计算中，三量子位分子的量子位2和3之间的选择性纠缠算符通常通过向量子位1施加一对短$π$脉冲来实现。这种方法被称为再聚焦，非常适合于异质分子。然而，当分子是同质的时，施加到量子位1的$π$脉冲经常在量子位2和3上引起不想要的$z$旋转，即使量子位2和3的$z$分量保持不变。这种现象被称为瞬态布洛赫-西格特效应，并且为了精确的栅极操作，需要对其进行补偿。我们提出了一种替代的重聚焦方法，其中将弱方脉冲施加到量子位1。这种技术具有抑制布洛赫-西格特效应的优点，使其适用于异质和同质分子。
2013-10-21 quant-ph
Photon-assisted Landau-Zener transitions in a periodically driven Rabi dimer coupled to a dissipative mode
研究了一个混合电路量子电动力学器件中的多光子辅助Landau-Zener（LZ）跃迁，其中两个相互作用的传输线谐振器中的每一个都耦合到一个量子比特，量子比特由周期性驱动场驱动，并耦合到一个共同的声子模。整个复合系统的量子态的建模使用多$\rm D_2$ Ancilor与时间相关的Dirac-Frenkel变分原理相结合。通过对其中一个量子比特施加正弦驱动场，该装置是通过比较两个量子比特的动力学来研究光子辅助LZ跃迁的理想平台。当光子频率远小于驱动振幅时，会发生一系列干涉光子辅助的LZ跃迁。一旦这两个能量尺度是可比的，独立的LZ跃迁出现，并使用能量图揭示了一个过渡途径。结果表明，绝热和非绝热转变都参与了动力学过程。用于模拟环境对LZ跃迁的影响，耦合到量子位的公共声子模式允许更多可用的状态来促进LZ跃迁。一个解析公式得到估计的短时间声子人口和产生的结果与数值计算合理的协议。利用系统中的光子辅助LZ跃迁的知识，我们可以精确地操纵量子比特态，并通过向两个量子比特施加驱动场成功地产生具有方波图案的量子比特动力学，为量子信息设备和量子计算机中操纵量子比特和光子的状态开辟了新的途径
2021-01-08 cond-mat.other physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum annealing with pairs of $^2Σ$ molecules as qubits
开壳层分子在$Σ$电子态中的旋转和精细结构引起不同宇称的塞曼态之间的交叉。这些交叉在存在电场的情况下变得避免。我们提出了一种算法，将伊辛模型编码成量子位，量子位由在这些避免的交叉点附近共享激发的$^2Σ$分子对定义。这可以用于实现可由外部电场或磁场调谐的横向场伊辛模型，适用于量子退火应用。我们进行动力学计算的几个例子与一维和二维连接。我们的研究结果表明，获得有效的退火解决方案的概率很高，可以通过改变退火时间进行优化。
2022-08-12 quant-ph
Decoherence-Free Qubit and Chiral Emission from a Giant Molecule in Waveguide QED
研究在波导量子电动力学中实现去相干保护与定向光子发射的结合，通过巨分子实现去相干自由量子比特和状态依赖的手性单光子发射，展示了高方向性和低误差的量子操作。
2026-03-28 quant-ph
Massive Quantum Memories by Periodically Inverted Dynamic Evolutions
介绍了在相互作用量子比特系统中实现完全量子态重构和存储的一般方案。这种新颖的方法是基于通过适当的外部控制来控制剩余相互作用的思想，该外部控制作用于量子比特间的耦合，在动力学演化中产生时间周期性反转，从而精确地抵消量子态扩散的影响。我们说明的方法与XY剩余相互作用的闭环自旋系统，表明它能够大量存储任意大量的本地状态，我们证明了它的鲁棒性对几个现实来源的噪声和缺陷。
2005-06-27 cond-mat.other physics.comp-ph quant-ph
Decoherence rate expression due to air molecule scattering in spatial qubits
该研究给出空气分子散射导致空间量子比特退相干的求解方案，复现已知波长极限，对比现有插值方法并评估宏观空间叠加态相关参数，还分析了干涉仪中退相干率的时间依赖性。
2025-03-27 quant-ph
Deterministic entanglement between a propagating photon and a singlet--triplet qubit in an optically active quantum dot molecule
双电子带电自组装量子点分子具有避免退相干的单重态-三重态量子比特子空间和有效的自旋-光子界面。我们证明了发射事件后，发射的光子和自旋量子比特之间的量子纠缠。我们测量了与完全纠缠态的重叠为$69.5\pm2.7\,\%$，超过了证明系统密度矩阵不可分性所需的$50\,\%$阈值。光子量子比特被编码在两个光子状态中，其能量差大于现有探测器的定时分辨率。我们设计了一种新的外差检测方法，使这样的光子颜色量子比特沿布洛赫球上的任何方向的投影测量。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangled microwaves as a resource for entangling spatially separate solid-state qubits: superconducting qubits, NV centers and magnetic molecules
宽带双线压缩微波态中的量子关联可以在由两个单量子比特或两个量子比特系综组成的空间分离的二分系统中诱导纠缠。通过对与两个分离但纠缠的浴接触的二体量子系统使用适当的主方程，充分表征了空间分离量子系统中纠缠的产生过程。我们的研究结果提供的证据表明，这种通过耗散的纠缠转移是可行的，从而在二分量子系统中产生稳态纠缠量，该系统可以针对广泛的现实物理系统进行优化，包括最先进的实验，其中NV中心在金刚石中，超导量子位甚至嵌入在晶体基质中的磁性分子。
2016-06-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
General classification of qubit encodings in ultracold diatomic molecules
本文提出一种基于量子比特间有效相互作用类型的分子量子比特编码一般分类方案，将其分为四类，并以有效自旋1/2系统编入非相邻转动态为例验证，该分类为量子信息处理、多体纠缠态生成及量子退火等应用提供了编码最优选择指导。
2024-02-20 physics.chem-ph quant-ph
A silicon qubit platform for in situ single molecule structure determination
在单分子水平上对一般的、不均匀的、瞬时的或内在无序的蛋白质系统的单个构象实例进行原位成像是结构生物学中的显著挑战之一。目前的技术通过测量合成环境中几乎一致构象状态的蛋白质的大集合来获得平均结构信息。这对诊断和药物设计提出了重要的意义，这些诊断和药物设计需要详细了解细微的构象变化、小分子相互作用和配体动力学。在这里，我们通过设计一个单分子成像平台技术来解决这个问题，该技术包含硅基自旋量子比特在量子相干性和已建立的制造途径方面提供的优势。我们通过详细的模拟证明，该平台能够在原生环境中对单个分子系统进行可扩展的原子级结构测定。该方法特别适合于高价值的脂质膜背景，因此其实验实施可能对膜生物学和药物开发的理解产生深远的影响。
2021-12-07 quant-ph
Protomon: A Multimode Qubit in the Fluxonium Molecule
本文提出一种编码于fluxonium分子电路的多模式量子比特protomon，理论上比$0$-$π$量子比特更具参数鲁棒性，并实验实现四个器件，测量了退极化与退相干时间，指出相干时间限制因素有待进一步研究。
2024-11-25 quant-ph
Interfacing superconducting qubits and single optical photons using molecules in waveguides
我们提出了一个有效的光-物质界面之间的单光子和超导量子比特的光学频率。所需的接口是基于一种混合架构，该架构由嵌入光波导内部的有机分子组成，并与放置在波导外表面附近的超导量子位电耦合。我们表明，高保真度，光子介导的，遥远的超导量子比特之间的纠缠可以实现与入射脉冲在单光子水平。这种低的光水平对于实现与超导量子位的相干光学接口是非常期望的，因为它使由光的吸收引起的退相干最小化。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Floquet-engineered enhancement of coherence times in a driven fluxonium qubit
我们使用准能量结构时出现的磁通鎓超导电路被周期性地驱动编码量子信息与动态诱导磁通不敏感的甜蜜点。Floquet理论的框架提供了对这些位于远离未驱动量子位的半通量对称点的高相干工作点的直观描述。这种方法在选择通量偏置点和逻辑量子比特状态的能量方面提供了灵活性，如[ \textit{Huang et al., 2020} ]所示。我们表征了系统对调制幅度和直流磁通偏置噪声的响应，并通过实验证明了一个最佳工作点，该点同时对两者的波动不敏感。我们观察到一个40倍的增强与拉姆齐型干涉测量的量子比特相干时间在动态甜蜜点相比，静态操作在相同的偏置点。
2020-07-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Reducing qubit requirements for quantum simulation using molecular point group symmetries
模拟分子被认为是量子计算机的早期应用之一。目前最先进的量子计算机在尺寸和相干性方面受到限制，因此优化资源以执行量子算法至关重要。在这项工作中，我们开发了空间对称性的第二量子化表示，然后将其转换为量子比特算子表示。这些量子位算子表示用于减少模拟分子所需的量子位的数量。我们提出了我们的研究结果为各种分子和阐明了正式的连接这项工作与以前的技术，分析通用$Z_2$泡利对称性。
2020-06-26 quant-ph
A quantum computer using a trapped-ion spin molecule and microwave radiation
我们提出了一种新的设计的量子信息处理器，量子比特被编码成超精细状态的离子保持在一个线性阵列的单独定制的微陷阱和坐在一个空间变化的磁场。磁场梯度引入空间依赖的量子位跃迁频率和量子位之间的自旋-自旋相互作用类型。单量子位和多量子位操作是通过共振微波脉冲实现的，如在液体NMR量子计算中，而量子位读出和复位是通过捕获离子荧光搁置技术实现的。通过调整微陷阱的配置，我们可以在硬件中定制量子比特的谐振频率和耦合强度。我们表明，该系统具有边带过渡结构，它不与处理器的大小，允许量子位之间的可扩展的频率歧视的规模。通过使用大的磁场梯度，可以经由频率选择性光脉冲来读出和重置离子链中的量子位，从而避免需要许多紧密聚焦的激光束来进行空间量子位寻址。
2004-04-13 quant-ph
Spin decontamination for magnetic dipolar coupling calculations: Application to high-spin molecules and solid-state spin qubits
双电子密度的精确描述，自旋系统中的磁耦合的关键，提供了一般的密度泛函理论计算的主要挑战。它影响，例如，半导体中自旋量子位元的计算零场分裂（zero-field splitting，简称ZFQ）能量经常与实验结果显著偏离。在目前的工作中，（i）我们提出了一个有效的和强大的策略来纠正自旋污染在扩展的周期性和有限尺寸的系统，（ii）验证其准确性使用模型高自旋分子，最后（iii）应用该方法来计算准确的自旋量子位（NV $^-$中心，双空位）在金刚石和碳化硅。所示的方法，以减少对所使用的交换相关功能的依赖到最低限度。
2020-05-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
One-step preparation of cluster states in quantum dot molecules
团簇态是一种特殊的高纠缠态，是基于测量的量子计算的普遍资源。本文提出了一种高效的半导体量子点分子团簇态的一步生成方案，即在两个耦合量子点的单重态和三重态上编码量子比特.通过施加一个集体电场或同时调节所有双量子点分子的点间偏置电压，我们得到任意两个相邻量子分子量子比特之间的可切换类伊辛相互作用。讨论了初始化、单量子比特测量和实验参数，表明利用现有技术可以在半导体量子点中实现大团簇态制备和单向量子计算。
2007-04-13 quant-ph
Phase gate and readout with an atom/molecule hybrid platform
我们提出了一个结合原子/分子系统的量子计算，它利用高度发达的技术来控制原子和最近的实验进展操纵超冷分子。我们表明，两个原子的不同种类在一个给定的网站，{ \it例如}，在光晶格中，可以用于量子比特编码、初始化和读出，其中一个原子携带量子比特，另一个启用门。特别地，我们描述了如何通过将一对原子转移到具有大偶极矩的极性分子的基振转态，并允许两个分子通过它们的偶极-偶极相互作用相互作用来实现双量子比特相位门。我们还讨论了如何相干地将一个分子转换成一对原子的逆过程可以用作分子量子计算机的读出工具。
2009-08-31 quant-ph
Electric g Tensor Control and Spin Echo of a Hole-Spin Qubit in a Quantum Dot Molecule
证明了通过电g张量控制量子点分子中空穴自旋的高保真单量子比特操作的可行性。除了一个恒定的外部磁场，所提出的方案允许一个专门的电控制的孔自旋。现实的电栅极偏置配置文件确定各种量子位操作使用过程层析成像为基础的最佳控制。他们被证明是非常强大的对退相干和耗散所产生的与主机晶格核自旋和声子的相互作用的孔，与$\approx$的保真度损失为1%的门操作时间为$\approx 10$ ns。自旋回波实验的孔自旋建模，探讨退相机制和脉冲定时缺陷的作用，对栅极保真度损失进行了讨论。
2010-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information processing in self-assembled crystals of cold polar molecules
讨论了极性分子自组装偶极晶体中量子门操作的实现。在这里，量子比特被编码在分子基态的长寿命自旋态中，并通过排斥偶极-偶极相互作用稳定对抗碰撞。为了克服在这种高密度结晶相的单站点寻址能力的问题，我们描述了一种新的方法，用于实施控制的单和双量子位操作的基础上共振增强自旋-自旋相互作用介导的本地化声子模式。这种局部模式是在额外的标记分子的帮助下在指定的晶格位置处创建的，使得单个量子位可以仅通过使用全局静态场和微波场来操纵。我们提出了一个通用的策略，用于产生状态和时间相关的偶极矩，以实现一套通用的门操作的分子量子比特，我们分析了在现实条件下产生的门的qualities。我们的分析表明，这种方法的可扩展的量子计算或数字量子模拟计划与极性分子的实验可行性。
2011-07-14 quant-ph
Coherence of Symmetry-Protected Rotational Qubits in Cold Polyatomic Molecules
本研究在电盒中捕获冷甲醛分子，利用对称性保护的转动态实现长寿命相干性，构建对外电场不敏感、对磁场弱依赖的量子比特，为冷分子量子与精密实验奠定基础。
2024-12-01 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Dipolar spin-exchange and entanglement between molecules in an optical tweezer array
由于其固有的电偶极矩和丰富的内部结构，超冷极性分子是有希望的候选量子比特的量子计算和广泛的量子模拟。它们的长寿命分子转动态形成了强大的量子比特，而分子之间的长程偶极相互作用提供了量子纠缠。使用分子光镊阵列，可以移动单个分子并使用光场和微波场分别寻址量子位操作，从而创建可扩展的量子平台。在这里，我们展示了长程偶极自旋交换相互作用的CaF分子被困在一个光镊阵列对。通过将有效的自旋- $\frac{1}{2}$系统编码到分子的转动态中，控制各向异性相互作用，实现自旋-$\frac{1}{2}$量子XY模型.我们展示了一个两量子比特（两分子）门产生纠缠确定性，所有量子信息应用的基本资源。采用交错镊子阵列，我们表现出高保真的单网站分子寻址能力。
2022-11-17 physics.atom-ph quant-ph
Quantum information processing by NMR using a 5-qubit system formed by dipolar coupled spins in an oriented molecule
通过NMR用少量的量子位处理量子信息是很好建立的。两个主要要求（i）量子位之间的互耦和（ii）量子位可寻址性阻碍了对更高数量的量子位的缩放。已经证明，通过在液晶矩阵中取向自旋系统，利用自旋之间的残余偶极耦合，可以增加互耦合。在这种情况下，异核自旋弱耦合，而同核自旋强耦合。在这种情况下，强耦合的自旋不能再被当作量子比特来对待。然而，在其他地方已经证明，强耦合的N自旋-1/2系统的$2^N$能级可以被视为N量子位系统。为此，必须将各种跃迁识别为明确定义的能级。本文分下列两部分:1.在第一部分中，我们利用一个新的异核z-cosy（HET-Z-COSY）实验得到了一个异核5-自旋体系的能级图。在第二部分中，演示了逻辑门的实现、伪纯态的制备、纠缠的产生和纠缠转移，验证了这些系统在量子信息处理中的应用。
2004-09-27 quant-ph
Quasienergies and dynamics of superconducting qubit in time-modulated field
我们分析了超导量子比特的动力学和存在时间调制外场时的多阶拉比振荡现象。这样的场也被呈现为由两个光谱分量组成的双色场，这两个光谱分量从量子比特共振频率对称地失谐。这种方法导致获得定性的量子效应，超出了单色激发量子位的情况。计算了“超导量子比特+时间调制场”复合系统在不同共振态下的Floquet态和准能量。我们分析了准能与外场振幅的依赖关系，证明了准能之间的差异零点。我们表明，作为一项规则，量子比特状态的人口表现出非周期性振荡，但我们证明了特定的重要制度，其中人口的动态成为定期。
2013-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Wigner molecules and hybrid qubits
结果表明，通过系统的全组态相互作用（FCI）计算，对微观多体哈密顿量进行精确对角化，能够预测基于GaAs非对称双量子点的三电子混合量子比特的光谱随失谐量的变化.它进一步表明，由于强的电子间的相关性，这些光谱模式，包括避免交叉与不同的电子occupancy的左，右井的状态之间，是密不可分的维格纳分子的形成。这些物理实体不能被先前采用的独立粒子或Hubbard类型的混合量子位的理论建模所捕获。我们报告显着的协议与最近的实验结果。此外，目前用于多阱量子点的FCI方法可以直接扩展到处理Si/SiGe混合量子位，其中维格纳分子的核心作用最近也得到了实验证实。
2022-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Multiple resonant manipulation of qubits by train of pulses
本文提出了一种基于Bloch矢量处理和Magnus量子电动力学理论的系统方法来研究由一串训练脉冲实现的量子比特操纵。这些研究包括量子计算中涉及的基本过程之一。具体计算了高斯脉冲驱动下量子比特的隧穿量子动力学、多重共振和非共振激发。以这种方式，由于多个共振相互作用的量子比特状态的人口调查的各种操作制度，包括：单脉冲激发，双脉冲激发与脉冲包络之间的相移是控制参数和连续脉冲激发。在最后一种情况下，我们证明了由训练的相同脉冲驱动的量子比特的准能态和准能的形成。在这种情况下，量子比特的跃迁几率呈现出非周期振荡，但对于确定的准能量值，也变得周期规则。
2015-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Robust storage qubits in ultracold polar molecules
具有长寿命相干性的量子态是量子计算、模拟和计量学的基础。在单重振转基态制备的超冷分子的核自旋态是编码和存储量子信息的一个很好的候选者。然而，重要的是要了解这些量子位的所有退相干来源，然后消除它们，以达到最长的相干时间。在这里，我们充分利用高分辨率的拉姆齐光谱学，在光学捕获的超冷气体的RbCs分子的存储量子位的退相干的主导机制。在对分子的超精细结构有了详细了解的指导下，我们将磁场调整到一对超精细态具有相同的磁矩的位置。这些状态形成量子位，其对磁场的变化不敏感。我们的实验揭示了一个意想不到的微分张量之间的状态，转动态的弱混合引起的光移。我们演示了如何通过设置线偏振陷阱光和所施加的磁场之间的角度为$\arccos{(1/\sqrt{3})}\approx55^{\circ}$的魔角来消除这种光偏移。这导致相干时间超过6.9 s（90%置信水平）。我们的研究结果揭示了超冷分子作为量子计算平台的潜力。
2021-03-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Coherent multiple-period states in a resonantly driven qubit
我们考虑周期调制量子比特系统中的多周期态。在这种状态下，调制所施加的离散时间平移对称性被破坏。我们明确地显示了如何多周期状态出现在最简单的量子系统，一个单一的量子比特进行脉冲共振调制和/或脉冲调制的过渡频率。我们还表明，一个量子比特链的量子比特耦合调制在两倍的量子比特频率的对称性，允许映射到Kitaev链，从而提供了一个拓扑非平凡的Floquet系统的例子。一个双量子比特系统的显式解说明了耦合量子比特的共振倍周期效应，而在长链中，倍周期是拓扑保护的。
2019-10-02 quant-ph
Coherence limitations in the optical control of the singlet-triplet qubit in a quantum dot molecule
本研究分析自组装量子点分子中单重态-三重态量子比特的光驱动动力学，对比两种光学控制方案的操作缺陷与退相干效应，明确误差源间的优化权衡并给出最优控制条件。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rotational Coherence Times of Polar Molecules in Optical Tweezers
量子比特相干时间对于任何稳健的量子计算平台的性能都是至关重要的。对于使用极性分子阵列的量子信息处理，关键性能参数是分子旋转相干时间。我们报告了一个93（7）ms的相干时间的旋转状态量子比特的激光冷却的CaF分子在光镊陷阱，超过一个数量级比以前的系统。由于量子比特态之间的微分极化率引起的不均匀加宽通过调谐镊子极化和施加的磁场到“魔”角来抑制。的相干时间是有限的剩余微分极化率，这意味着改善与进一步冷却。单个自旋回波脉冲能够将相干时间延长到近半秒。测量的相干时间表明极性分子作为高保真量子比特的潜力。
2021-05-31 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg atom mediated polar molecule interactions: a tool for molecular-state conditional quantum gates and individual addressability
我们研究了利用基态分子与里德伯原子的相互作用在分子量子位之间构造双量子位门并相干控制分子态的可能性。在里德伯原子的电子轨道内的极性分子可以移动里德伯态，或者形成里德伯分子。原子位移和里德伯分子态都依赖于极性分子的初始内部状态，导致里德伯原子之间的范德华或偶极-偶极相互作用依赖于分子态。里德伯原子介导的极性分子之间的相互作用可以增强高达$10^{3}$倍。我们描述了极性分子和里德伯原子之间的耦合如何应用于分子态的相干控制，具体地说，应用于光晶格中分子的单独寻址和分子量子比特的非破坏性读出。
2011-05-10 physics.atom-ph quant-ph
Hybrid Quantum Systems: Coupling Single-Molecule Magnet Qudits with Industrial Silicon Spin Qubits
本研究提出一种混合量子系统，利用工业制造的SiMOS自旋量子比特，通过结合快速绝热通道和自旋选择性隧穿（RPSS）协议，实现了对TbPc2分子系综电子自旋跃迁的高对比度探测，为分子量子存储器与工业量子比特平台的集成奠定了基础。
2025-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Error Correction with magnetic molecules
量子算法通常假设独立的自旋量子位来产生平凡的$|\uparrow\rangle=|0\rangle$、$|\downarrow\rangle=|1\rangle$映射。这在许多具有相当大的磁相互作用的固态实现中可能是不现实的。在这里，我们表明，含有三个交换耦合金属离子与$S=1/2$和$I=1/2$的分子的光谱的下部相当于9个电子-核量子比特。我们推导了稀土$^{159}$ Tb $^{3+}$和过渡金属Cu $^{2+}$在合理的参数范围内自旋态和量子比特态之间的关系，并研究了在这样的分子上实现Shor的量子纠错码的可能性.我们还讨论了最近开发的分子系统，从实验的角度来看，可能是足够的。
2014-08-22 quant-ph
Decoherence of two qubits coupled with one-mode cavity without rotating-wave approximation
精确地研究了两个量子比特分别与单模腔耦合时的退相干。结果表明，在共振情况下，当耦合强度较弱时，系统的退相干行为类似于马尔可夫情形;而当耦合强度较强时，系统的纠缠度在有限时间内消失，并可能在永久消失之前恢复到分数初始纠缠.而在失谐情况下，纠缠在消失一段时间后会周期性地恢复。这些结果与Jaynes-Cummings模型下的结果有很大的不同。
2008-07-13 quant-ph
Quantum computation using arrays of N polar molecules in pendular states
我们研究了利用处于摆动态的纠缠极性分子实现量子计算的几个方面。量子算法通常从产品状态开始|00... 0>并且我们证明了在误差可以忽略的情况下，极性分子阵列的基态可以看作是非纠缠的量子比特基态|00... 0>。这种状态可以通过简单地使系统在低温（<1 mK）下达到热平衡来制备。我们还评估纠缠，其特征在于由外部电场，偶极偶极耦合和阵列中的分子数N所支配的偶极阵列中的摆动状态量子比特的并发。在我们考虑的量子计算的参数范围内，我们发现量子比特纠缠是适度的，通常不大于0.0001，证实了基态中的纠缠可以忽略不计。讨论了在门模型、基于测量的模型、瞬时量子多项式时间电路和绝热模型中利用处于摆动态的极性分子实现量子计算的方法。
2016-07-18 quant-ph
Ancilla-assisted dark-state quantum gates in ultracold polar molecules
Center for Theoretical Physics and School of Physics and Optoelectronic Engineering, Hainan University（海南大学理论物理中心与物理光电工程学院）
本文提出一种基于辅助量子比特辅助暗态机制的双量子比特分子纠缠门，利用超冷极性分子平台实现高保真纠缠，并可扩展至多量子比特门。
2026-09-17 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Quantum computation in a hybrid array of molecules and Rydberg atoms
我们表明，极性分子阵列与里德伯原子相互作用是一个有前途的混合系统的可扩展的量子计算。量子信息存储在分子的长寿命超精细或旋转状态中，这些分子通过与里德伯原子的共振偶极-偶极相互作用间接地相互作用。基于这种相互作用的双量子位门具有1 $μ$ s的持续时间和99.9%的可实现保真度。门对粒子的运动状态几乎不敏感-分子可以处于热状态，原子在里德伯激发期间不需要被捕获，门不加热分子，并且加热原子的影响可以忽略不计。在一个大型的静态阵列中，门可以应用于相隔数十微米的任意分子对，使该方案具有高度可扩展性。分子-原子相互作用还可以用于快速量子位初始化和高效、非破坏性的量子位读出，而不驱动任何分子跃迁。单量子比特门仅使用微波脉冲驱动，利用旋转状态之间的强电偶极跃迁。因此，大规模量子计算所需的所有操作都可以在不移动分子或将其激发出基态的情况下完成。
2022-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Robust encoding of a qubit in a molecule
我们构造了量子纠错码，在刚体转动态的无限维希尔伯特状态空间中嵌入有限维码空间。这些代码可以防止身体方向的漂移和角动量的微小变化，可能非常适合于使用多原子分子的旋转状态对量子信息进行鲁棒存储和相干处理。将这种编码扩展到具有对称轴的刚体，与双原子分子的转动态以及分子和原子的核态是相容的。我们还描述了与一般非交换紧李群相关的代码，并发展了陪集空间的正交关系，为具有奇异配置空间的量子信息处理奠定了基础。
2019-11-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
