Thermodynamic fingerprints of non-Markovianity in a system of coupled superconducting qubits
利用和表征系统与环境相互作用产生的记忆效应是超越标准马尔可夫极限的量子水库工程的关键先决条件。在本文中，我们研究了一个原型的非马尔可夫动力学实验实现超导量子比特。我们严格量化非马尔可夫性，突出环境温度对马尔可夫到非马尔可夫交叉的影响。我们研究记忆效应如何影响，特别是抑制，在驱动量子位上执行工作的能力。我们表明，在量子位上执行的平均工作可以用作诊断工具来检测是否存在记忆效应。
2018-03-15 quant-ph
Quantum state complexity and the thermodynamic arrow of time
为什么时间是一条单行道？时间之箭的起源是什么？我们将热力学时间箭头归结为量子态复杂度增加的方向。受Nielsen，Susskind和Micadei工作的启发，我们在简单的两个量子比特和三个量子比特量子系统上验证了这一假设。结果表明，在双量子比特系统中，时间的热力学箭头总是指向量子态复杂度增加的方向。对于三量子比特系统，子系统之间的热流模式与子系统的量子态复杂度密切相关。我们认为，除了对宏观空间几何的影响外，量子态复杂性还可能产生热力学时间箭头。
2017-12-19 quant-ph
Quantum thermal machine acting on a many-body quantum system: role of correlations in thermodynamic tasks
我们研究了三能级热机作用于多量子比特系统时的功能，整个系统被放置在电磁场中的静态热平衡配置。这种现实的设置介于迄今为止探索的单量子位和宏观物体目标的两种情况之间，提供了有关热力学背景下纯量子性质的系统尺寸缩放的信息。我们表明，由于场诱导的量子位之间存在鲁棒相关性，机器可以将热力学任务局部交付给每个量子位，也可以集体交付给多量子位系统：这使得任务也可以在比机器尺寸大得多的系统上交付。
2016-01-29 quant-ph
A two-qubit engine fueled by entangling operations and local measurements
我们介绍了一个双量子比特引擎，它是由纠缠操作和投影本地量子测量。从相干地交换单个激发的失谐量子位提取能量。这个引擎，它使用的信息和反作用的测量，被推广到一个N-量子比特链。我们表明，通过逐渐增加能量分裂沿链，第一个量子比特的初始低能量可以确定性地上转换到任意高的能量在最后一个量子比特通过连续的邻居交换操作和本地测量。将局部测量建模为量子比特与米的纠缠，我们将测量燃料确定为消除量子比特之间相关性的能量成本。
2020-07-07 quant-ph
Thermodynamic state convertibility is determined by qubit cooling and heating
该研究在量子资源理论框架下，揭示了准经典非热资源的态可转换性可完全通过其冷却、加热量子比特的能力表征，解决了非热态调控热平衡量子系统温度的核心问题。
2023-12-12 quant-ph
Charge Qubit Storage and Its Engineered Decoherence via Microwave Cavity
研究了微波腔中超导电荷量子比特与量子化电磁场的纠缠。它可以动态地控制一个经典的外部场线程的SQUID内的电荷量子比特。利用可控的量子纠缠，我们可以演示电荷量子比特携带信息的量子存储的动态过程。另一方面，基于这种工程化的量子纠缠，我们还可以证明电荷量子比特在准经典态下与腔场耦合时会发生量子跃迁，从而产生渐进的退相干。
2005-02-01 quant-ph
Engineering Framework for Optimizing Superconducting Qubit Designs
超导量子技术需要量子比特系统，其属性满足几个经常相互冲突的要求，例如长相干时间和高非谐性。在这里，我们提供了一个工程框架的基础上广义超导量子比特模型的通量制度，抽象多个电路设计参数，从而支持跨多个量子比特属性的设计优化。我们实验研究了一个特殊的参数制度，它具有高的非谐性（$\sim\!1$ GHz）和长的量子相干性时间（$T_1\!=\!40\!-\!80\,\mathrm{μs}$和$T_\mathrm{2Echo}\!=\!2T_1$）。
2020-06-07 quant-ph
Thermodynamic optimization of quantum algorithms: On-the-go erasure of qubit registers
我们考虑了量子计算中的两个瓶颈：有限的内存大小和散热引起的噪音。为了优化两者，我们研究了给定算法不再需要的量子寄存器的“在移动中擦除”：当辅助量子位不再有用时，释放它们将促进计算的并行化。我们研究了在这些情况下擦除的最小热力学成本，应用结果的纠缠量子寄存器的朗道擦除。对于类的算法解决阿贝尔隐藏子群问题，我们找到最佳的去擦除协议。我们得出结论，这是一个权衡：如果我们有足够的关于问题的部分信息来构建有效的移动擦除，我们可以用它来简化算法，这样一来，首先需要更少的量子位来运行计算。我们为这两种方法提供了明确的协议。
2022-12-21 quant-ph
Protecting qubit coherence by spectrally engineered driving of the spin environment
现代量子技术关键依赖于减轻量子退相干的技术;这些技术可以是被动的，例如通过材料工程实现，或者是主动的，通常通过施加到量子位的脉冲单色驱动场实现。使用固态缺陷自旋耦合到微波驱动的旋转浴，我们实验证明了一种退相干缓解方法的基础上，光谱工程的环境噪声与多色驱动波形，并表明它优于单色技术。结果与定量建模一致，并使用应用于环境而不是量子位的定制设计的波形打开了主动退相干保护的路径。
2021-01-24 quant-ph
Non-thermal quantum engine in transmon qubits
量子技术的设计和实现需要理解量子领域中的热力学过程。与宏观热力学形成鲜明对比的是，在量子尺度下，过程一般远离平衡运行，并受涨落控制。因此，在制定一个全面的框架时，实验性的洞察力和经验性的发现是必不可少的。为此，我们从理论上提出了一个实验现实的量子引擎，使用transmon量子比特作为工作物质。我们用解析的方法求解动力学并计算其效率。
2019-05-29 quant-ph
Stabilizing entanglement via symmetry-selective bath engineering in superconducting qubits
巴斯工程，利用耦合到量子系统中的损耗模式来产生非平凡的稳态，是一个诱人的替代门和测量为基础的量子科学。在这里，我们证明了耗散稳定的两个超导transmon量子比特之间的纠缠在一个选择性的方式。我们利用工程对称性的耗散环境，以稳定的目标贝尔状态，我们进一步证明了抑制贝尔状态的相反对称性，由于奇偶选择规则。这种实现是资源高效的，实现了稳态保真度$\mathcal{F} = 0.70$，并且可扩展到多个量子位。
2015-11-02 quant-ph
Qubit thermodynamics far from equilibrium: two perspectives about the nature of heat and work in the quantum regime
考虑到一个基于熵的划分转换成热量和工作的能量，我们开发了一个替代的理论框架的二能级系统的热力学分析。当比较这些结果与这些量的标准定义下获得的结果时，我们观察到一个新的工作项的出现，它表示在定义局部哈密顿量的外场存在下旋转布洛赫矢量的能量成本。此外，我们得到了显式的温度，热容量和系统的内部熵产生的两种范式。为了说明我们的研究结果，我们研究，从这两个角度来看，两个不同的系统的物质辐射相互作用过程。
2021-03-16 quant-ph
Efficiency Enhancement up to Unity in a Generalized Quantum Otto Engine: Comparative Analysis with Conventional Quantum Otto Engine Utilizing a Two-Qubit Heisenberg XXZ Chain
本研究提出广义量子奥托循环，利用双量子比特海森堡XXZ链，通过非平衡和不对称耦合实现100%效率，超越传统循环，并给出实验方案。
2025-03-27 quant-ph
Controlling and engineering a quantum state in a multi-qubit system employing the quantum Zeno effect
本研究针对可靠量子计算所需的量子跃迁调控问题，提出将量子芝诺效应应用于含表面码架构辅助比特的双量子比特系统，通过设计相互作用、调整测量频率，可在单、双量子比特系统中实现目标态。
2024-12-10 quant-ph
Quantum Thermodynamic Cycles and quantum heat engines
为了描述量子热机，本文系统地研究了量子热力学循环的等温和等容过程。在此基础上，明确地定义了卡诺热机和奥托热机的量子形式。我们还研究了量子卡诺和奥托热机的性质，并与经典热机进行了比较。考虑到这两种量子热机各自的量子热力学过程，研究了它们之间的关系和映射。此外，我们还讨论了麦克斯韦妖在量子热力学循环中的作用。我们发现，即使存在这样一个恶魔，当恶魔被正确地包括作为热机的工作物质的一部分时，也没有违反第二定律。
2007-04-03 quant-ph
Reduction of thermodynamic uncertainty by a virtual qubit
Tianjin University（天津大学）
通过虚拟量子比特操控，研究揭示了量子热力学效应如何影响热力学不确定性关系，展示了经典与量子贡献的分解及优化条件。
2026-01-27 quant-ph
Scalable entanglement stabilization with modular reservoir engineering
耗散工程是研究少量子比特系统中量子态制备和自主纠错的有力框架。在这项工作中，我们研究了这种方法的可扩展性，并给出了三个标准，任何耗散状态稳定协议应该满足真正可扩展的量子位数的增长。除了要求它可以以资源有效的方式从简单的工程构建块构建之外，可扩展的协议还必须随着系统大小的增加而表现出稳定时间的有利缩放。我们提出了一个家庭的协议，采用固定深度的量子位量子位的相互作用以及工程线性耗散稳定的$N$ -量子位W状态。我们发现，一个模块化的方法耗散工程，与几个重叠的几个量子位耗散，而不是一个单一的$N$ -量子位耗散，是必不可少的，我们的协议是可扩展的。通过这种方法，随着量子位数的增加，我们的协议在最好的情况下表现出稳定时间的低次多项式缩放和控制驱动器数量的线性增长。虽然所提出的协议是最容易访问的当前国家的最先进的电路QED架构，这里提出的模块化耗散工程方法可以很容易地适应其他平台和其他有趣的量子态的稳定。
2023-01-13 quant-ph
Unlocking thermodynamic multitasking: Exploring the functioning of two-qubit engines through coherence and entanglement
本文研究双量子比特热机在双热浴和耗散环境下的运行，揭示纠缠与相干性对运行模式、信息流和效率的影响，并确定热机与制冷机模式的最优参数区域。
2025-02-07 quant-ph
Stabilizing a Bell state of two superconducting qubits by dissipation engineering
我们提出了一个耗散工程方案，准备和保护一对超导量子比特的最大纠缠态。这是通过将两个量子位非共振耦合到扮演耗散库角色的低Q腔模式来完成的。我们通过应用六个具有适当频率的连续波微波驱动器来设计这种耦合。这两个量子位不需要是相同的。我们表明，我们的方法不需要任何微调的参数，只需要它们之间的某些比率是大的。利用目前可实现的相干时间，模拟表明贝尔态可以保持任意长的时间，其相干性超过94%。这样的性能导致贝尔不等式（CHSH相关性大于2.6）的任意长时间的显着违反。
2013-03-15 quant-ph
Steady state thermodynamics of two qubits strongly coupled to bosonic environments
当一个量子系统处于热环境中时，我们通常假设系统弛豫到吉布斯态，在吉布斯态中，系统的能量本征基发生退相干。然而，当系统与环境之间的耦合很强时，由于环境诱导的退相干，定态不一定是吉布斯态，这可以解释为环境的连续测量。基于Zurek提出的einselection，我们假设由于连续测量，Gibbs态被投影到指针基上。我们证明命题的精确数值模拟耦合量子比特与玻色子气体相互作用。此外，我们还证明了在强耦合极限下，非平衡稳态的热传导也可以被环境诱导的退相干所抑制。
2019-08-09 quant-ph
Hierarchy of Qubit Dynamical Maps in the Presence of Symmetry and Coherence
该研究探究对称性与量子热力学变换的关系，证明U(1)守恒约束热操作的层级，提出借助奇宇称环境相干性打破层级的双量子比特方案，验证了量子相干性在功提取等场景的热力学增益。
2025-09-05 quant-ph
Non-demolition fluorescence readout and high-fidelity unconditional reset of a fluxonium qubit via dissipation engineering
本文提出无谐振器的耗散工程方案，利用平面滤波器和读出跃迁选择，实现 fluxonium 量子比特的非破坏荧光读出及快速、高保真、全微波无条件重置。
2025-04-22 quant-ph
One qubit and one photon -- the simplest polaritonic heat engine
混合量子系统通常可以用极化激元来描述。这些准粒子是由它们的成分叠加而成的，其相对权重取决于它们相互作用中的某些控制参数。在许多情况下，这些组分在不同温度下与储层偶联。这表明了一种实现极化激元热机的一般方法，其中通过调节该控制参数来实现热力学循环。在这里，我们讨论可以说是最简单的这种引擎，一个量子比特耦合到一个光子。我们表明，该系统可以提取微弱的热微波场的工作。我们还提出了一个量子测量方案的工作，并评估其对发动机运行的反作用。
2017-01-03 quant-ph
Autonomous Quantum State Transfer by Dissipation Engineering
从携带信息的量子比特到接收量子比特的量子态转移对于量子信息技术是普遍存在的。在封闭的量子系统中，这项任务需要精确定时控制本质上是相互作用的相干量子比特-量子比特相互作用。在这里，通过在开放系统中剪裁耗散来打破互易性，我们证明了在没有时间依赖控制的情况下，在静止量子比特之间自主转移量子态是可能的。我们提出了这种定向传输过程的一般要求，并表明，传输一个量子比特的信息的最小系统维数是3 $\times$ 2（一个物理qutrit和一个物理量子比特之间），加上一个辅助水库。我们提出了现实的实现在当今的超导电路QED实验，并进一步提出了兼容的方案，使用阻抗匹配耗散工程的长距离状态转移。
2019-10-23 quant-ph
Qubit thermodynamics: Entropy production from nonadiabatic driving
本研究将量子比特控制中的非绝热误差视为熵产生，通过Landau-Zener协议证明在超绝热框架下熵近单调增加，并指出第二定律违反需精细控制。
2025-06-19 quant-ph
Finite size bath in qubit thermodynamics
我们从量子热力学的角度讨论了一个量子比特弱耦合到一个有限大小的热浴（热量计）。沉积在这个环境中的能量以及量子比特的状态为分析这个封闭组合系统的热和功统计提供了基础。我们提出了两个代表性的模型，其中浴是由两个级别的系统或谐振子，分别的结果。最后，我们得到了一个开放量子系统的结果组成的上述量子位加上有限尺寸浴，但现在后者是耦合到一个几乎无限的浴相同性质的振荡器或两个能级系统。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum thermodynamic methods to purify a qubit on a quantum processing unit
我们报道了一种量子热力学方法，在配备有（几乎）相同量子位的量子处理单元（QPU）上纯化量子位。我们的出发点是一个三量子位的设计，它模拟了众所周知的两量子位交换引擎。与标准冰箱类似，该方法将允许以加热另外两个量子位为代价来冷却一个量子位。其最小的修改导致更实用的三量子位设计，其允许增强的制冷任务，例如以降低其他两个量子位的纯度为代价来增加一个量子位的纯度。该方法基于适当设计的量子线路的应用，因此可以在任何门模型量子计算机上运行。我们实现了它在一个公开的超导量子比特的QPU，并观察到净化能力下降到200 mK。我们认为门噪声是量子计算实际应用的主要障碍。
2022-03-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stabilizing and improving qubit coherence by engineering noise spectrum of two-level systems
超导电路是量子计算的领先平台。然而，它们的相干时间仍然是有限的，并表现出时间波动。这些现象通常归因于量子比特和材料缺陷之间的耦合，可以很好地描述为二能级系统（TLS）的系综。其中，非晶氧化物层内的电荷波动对低频$1/f$电荷噪声和高频介电损耗都有贡献，导致快速量子位退相和弛豫。此外，相互TLS相互作用的光谱扩散会随着时间的推移改变噪声幅度，从而使量子比特的寿命波动。在这里，我们建议通过设计相关的TLS噪声谱密度来减轻这些有害影响。具体来说，我们的协议平滑的高频噪声频谱和抑制低频噪声幅度通过去极化和去相位的TLS，分别。因此，我们预测量子比特寿命的急剧稳定和量子比特纯退相时间的增加。我们对可行的实验实现的详细分析表明，从施加的噪声到量子比特的寄生耦合不会损害这种改进。
2022-10-11 quant-ph
Collective effects enhanced multi-qubit information engines
研究集体耦合到单热浴的多量子比特量子信息引擎，证明在高温下利用集体效应和磁化信息可显著提升功输出等性能，其优势源于正磁化态高能级占据概率更高。
2023-11-18 quant-ph
Thermodynamics of ancilla-assisted erasure of quantum information
本文研究由热量子比特和纯辅助量子比特构成储库时，仅用CNOT门擦除量子比特任意状态的信道热力学，指出其可在阈值温度以上超越Landauer极限，但并非违反该原理。
2025-05-12 quant-ph
Single-photon switch controlled by a qubit embedded in an engineered electromagnetic environment
单光子开关是构建可扩展量子网络的重要元件。在本文中，我们提出了一个可行的方案，有效的单光子开关。所提出的开关由耦合到谐振器的三能级系统（qutrit）的最低能级对形成的量子比特的状态控制。该谐振器-谐振器系统包括所考虑的设置的开关单元。为了抑制控制量子位的Purcell弛豫，开关单元被嵌入到耦合谐振器阵列中，该耦合谐振器阵列用作在量子位跃迁频率上具有带隙的工程电磁环境。我们讨论了微波电路QED架构上考虑单光子开关的可能实现。我们表明，高开关对比度可以达到最先进的超导电路QED设置的参数。
2020-12-10 quant-ph
Thermodynamics of a Periodically Driven Qubit
我们的目标是给出一个教学演示的开放系统动力学的周期性驱动的量子位接触的温度浴。我们对量子位的热力学特别感兴趣。众所周知，通过将马尔可夫近似与Floquet理论相结合，可以导出量子比特状态的$\mathbb{C}^2$中的随机薛定谔方程。我们在这里遵循不同的方法。我们利用Floquet理论将时间非自治的量子比特动力学嵌入到时间自治的无限维动力学中。我们将由此产生的无限维系统称为修饰量子比特。利用马尔可夫近似，我们导出了修饰量子比特的随机薛定谔方程。我们的方法的优点是跳跃算子是哈密顿算子的阶梯算子。这简化了热力学的公式。我们利用无穷维系统的热力学来恢复受驱动量子比特的热力学描述。我们比较我们的结果与现有的文献和恢复已知的结果。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Engineering Dynamical Sweet Spots to Protect Qubits from 1/$f$ Noise
保护超导量子比特免受低频噪声的影响对于推进超导量子计算至关重要。基于周期性驱动场的应用，我们开发了一种用于工程动态甜蜜点的协议，该协议降低了量子比特对低频噪声的敏感性。在Floquet理论的框架下，我们严格证明了在被驱动量子比特的准能量差中存在以极值为标志的动力学最佳点流形。特别是，为例fluxonium偏置稍微远离一半的通量量子，我们预测的增强纯退相的三个数量级。采用Floquet本征态作为计算基础，我们表明，高保真的单和双量子比特门可以实现，同时保持动态的甜蜜点操作。我们进一步证实，量子位读出可以通过将Floquet状态映射回静态量子位状态，然后应用标准测量技术来执行。我们的工作提供了一个直观的工具来编码量子信息在鲁棒的，时间相关的状态，并可能被扩展到替代架构的量子信息处理。
2020-12-05 quant-ph
Hybrid quantum device with a carbon nanotube and a flux qubit for dissipative quantum engineering
我们描述了一个由微米尺寸的碳纳米管（CNT）纵向耦合到通量量子比特组成的混合量子系统。我们证明了这种设备的有用性，通过耗散量子工程产生高保真度的CNT非经典状态。CNT的边带冷却到它的基态和产生压缩的基态，作为光学压缩真空的机械模拟，是这里研究的耗散量子工程的另外两个例子。此外，我们展示了如何生成一个长寿的宏观不同的叠加（即，薛定谔类猫）状态。在某些条件下，这种猫态可以被捕获在暗态中，这可以通过检测控制场的光学响应来验证。
2017-05-13 quant-ph
Engineering, control and longitudinal readout of Floquet qubits
时间周期哈密顿量的性质可以用来增加量子位的退相时间，并设计受保护的单量子位和双量子位门。最近，Huang等人[Phys. Rev. Applied 15，034065（2021）]已经表明，与时间相关的Floquet状态提供了多种工作点，其动态保护大于几个通常的静态甜蜜点。在这里，我们使用多模式Floquet理论的框架来描述在存在多个驱动音的情况下鲁棒控制Floquet量子比特的方法。遵循相同的方法，我们引入了一种纵向读出协议来测量Floquet量子比特，而不需要首先将Floquet状态映射回静态量子比特状态，这导致Floquet量子比特的测量时间显著加快。这里开发的分析方法可以应用于涉及少量不同驱动音的任何哈密顿量，通常是研究量子比特的标准参数门。
2023-02-21 quant-ph
What role does the third law of thermodynamics play in Szilard engines?
热力学第三定律在Szilard发动机中的作用已得到解决。如果基态是非简并的，则定义为从发动机提取的功除以温度的熵产生由于第三定律而随着温度接近零而消失。由对称性或偶然性引起的简并基态在零温下产生非零熵产生，并伴随有剩余熵。各种物理情况下，如SZE玻色子或费米子组成的相互作用或没有已被调查。
2011-12-14 quant-ph
Tailorable couplings of a cantilever with a superconducting charge qubit: Quantum state engineering
我们提出了一个理论方案来实现悬臂梁和超导电荷量子比特之间的可剪裁耦合。通过调节量子比特的可控参数，可以实现悬臂梁和量子比特之间的线性和非线性耦合。在此基础上，通过对量子比特的操纵和探测，我们将悬臂梁制备成一些有趣的量子态，如叠加相干态和压缩态。我们还研究了环境对悬臂梁量子态的影响。结果表明，环境诱导的退相干可以驱动悬臂梁从叠加相干态进入稳定相干态。在一定的临界温度下，环境可以诱导悬臂梁的稳态位置压缩。这些结果将为悬臂梁非经典效应的产生提供新的思路。
2010-08-10 quant-ph
Quantum Thermodynamics of Small Systems: The Anyonic Otto Engine
本文研究以任意子为工作介质的小系统量子热力学，重点分析单任意子和双任意子奥托发动机，并推导出效率随统计参数变化的公式。
2024-01-14 quant-ph
Dephasing and dissipation in qubit thermodynamics
我们分析了量子跳跃（QJ）方法中量子比特的随机演化和退相。它允许人们处理非弹性过程的个别实现，并以这种方式提供解决方案，例如，量子热力学和统计力学中的分布问题。作为一个可解的例子，我们研究了弱耗散极限下的量子比特，并证明了退相和弛豫使非平衡热力学的Jarzynski和Crooks波动关系（FR）完好无损。相反，标准的两次测量协议，只考虑内能$U$的波动，导致在相同条件下的FR的偏差。我们将平均$\langle e^{-βU} \rangle $（其中$β$是逆温度）与量子比特的弛豫和退相速率联系起来，并讨论了不同退相干机制的这种关系。
2015-08-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Squeezing-Fueled Quantum Otto Engine via Measurement-Induced Cooling: The Two-Qubit Quantum Rabi Model
Indian Institute of Technology-Ropar（印度技术学院罗帕尔分校）
该研究以双量子比特量子拉比模型构建量子奥托引擎，用腔模式投影测量实现冷却冲程，以腔压缩为量子燃料，提升了引擎功率与效率，为实验可实现的量子热引擎提供了新途径。
2026-08-04 quant-ph
Quantum Thermodynamic Cycles and Quantum Heat Engines (II)
我们研究了力或压力的量子力学推广，并将经典的热力学等压过程推广到量子力学系统。在此基础上，我们可以研究由量子等压过程构成的量子形式的热力学循环，如量子布雷顿循环和量子狄塞尔循环。我们还考虑了用一维盒子中的单粒子和腔中的单模辐射场等模型系统实现量子布雷顿循环和量子狄塞尔循环。这些研究为Szilard-Zurek单分子发动机奠定了微观（量子力学）基础。
2009-03-09 quant-ph
Resonator-Assisted Quantum Bath Engineering of a Flux Qubit
我们展示了在微波共面波导谐振器辅助下制备任意轨道态的超导磁通量子比特的量子浴工程。研究了布洛赫球上任意方向旋转的偏振效率，并利用马尔可夫主方程的收敛条件得到了有效拉比频率。当微波谐振器的频谱与驱动器的特别定制的拉比和谐振频率相匹配时，可以在由谐振器光子损耗产生的耗散环境中有效地实现极化过程。我们的计算表明，对于实验上合理的样品参数，理论上可以达到99%以上的态制备纯度和微秒量级的所需时间。此外，我们的建议可以应用于其他具有基于自旋的量子位的系统。
2015-01-06 quant-ph
Engineering the Environment of a Superconducting Qubit with an Artificial Giant Atom
本文提出利用频率可调的人工巨原子调控超导量子比特与环境耦合，通过反射单光子并透射强微波信号，超越Purcell极限并将量子比特寿命延长十倍，同时保持读出速度。
2024-10-20 quant-ph
Realizing two-qubit gates through mode engineering on a trapped-ion quantum computer
双量子比特门是量子计算机的基本组成部分，通常也是最具挑战性的操作。在捕获离子量子计算机中，这通常用在幅度、频率、相位或这些的组合上调制的激光束来实现。随着量子计算机变得越来越大，所需的调制变得越来越复杂，使控制硬件设计变得复杂。在这里，我们开发了一种简单的方法，通过设计离子链的正常模式，从根本上消除脉冲调制的复杂性。我们实验证明所需的模式工程在一个三离子链。这开启了在捕获场的设计和光学控制系统之间权衡复杂性的可能性，这将有助于缩放离子阱量子计算平台。
2022-08-03 quant-ph
Reservoir-Engineered Mechanical Cat States with a Driven Qubit
Faculty of Engineering Science, Ghulam Ishaq Khan Institute of Engineering Sciences and Technology（工程学院科学系，吉尔吉特-巴尔蒂斯坦工程技术大学）
通过驱动量子比特实现机械薛定谔猫态的共振工程方法，利用双声子交换过程和相干压缩项，实现确定性宏观量子叠加态。
2026-01-23 quant-ph
Coherence limitations of a Fourier-engineered $\cos(2φ)$ transmon qubit
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（QuTech和卡弗里纳米科学研究所，代尔夫特理工大学）
本文研究了傅里叶工程化cos(2φ) transmon量子比特的相干限制，通过抑制有效量子比特势的奇次谐波，发现量子比特寿命受1/f磁通噪声限制，揭示了干涉保护方案的关键挑战。
2026-05-07 quant-ph
Nonadiabatic geometric quantum computation with cat qubits via invariant-based reverse engineering
提出了一种基于不变量的逆向工程实现小振幅薛定谔猫量子比特非绝热几何量子计算的方案。我们考虑了一个双光子驱动的克尔非线性系统，它提供了一对修饰的奇偶相干态，即，容错量子计算的薛定谔猫态。外加一个相干场线性驱动腔模，诱导缀饰猫态之间的振荡。通过基于不变量的逆向工程设计这种线性驱动器，可以实现猫量子比特的非绝热几何量子计算。该协议的性能估计，考虑到系统误差，加性高斯白噪声的影响，和退相干，包括光子损失和移相。数值结果表明，我们的协议对这些负面因素是强大的。因此，该方案可能为玻色子系统中的非绝热几何量子计算提供一种可行的方法。
2022-04-02 quant-ph
Qubit Coupling to Reservoir Modes: Engineering the Circuitry to Enhance the Coherence Time
在这项研究中，一个电路模型的耦合的量子位水库模式的定义，以清楚地确定水库模式上的量子位衰减和退相速率的影响。主要目标是从理论上计算量子位的失相和衰变率，特别是由于电路效应。首先定义系统的哈密顿量（量子位与库模式的耦合）并用于导出量子位能级的密度矩阵的时间演化。通过计算量子比特能级密度演化，可以估计最大耦合发生在哪个频率，此外，还可以知道电磁偏置在量子比特中的作用。其次，从理论上推导了量子比特的衰变率。结果表明，衰减速率受到电路元件的强烈影响，如量子位电容，更重要的是，量子位和库模式之间的耦合电容。作为主要结果，它表明，耦合电容的轻微减少显着影响的弛豫时间甚至超过量子位电容。因此，退相率，这是水库模式的量子比特的跃迁频率的影响，从理论上研究使用海森堡-朗之万方程。最后，通过将Heisenberg-Langevin方程变换到傅里叶域，计算了量子比特与库模耦合产生的光子数。这被认为是由于噪声效应而在量子比特中产生的光子。这个项显著地影响量子比特相干时间。
2022-05-26 quant-ph
Initial demonstration of a quantum heat engine based on dissipation-engineered superconducting circuits
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland（芬兰技术研究中心）
利用超导电路和量子电路冰箱作为可调热库，通过量子奥托循环实现量子热机，测量到正输出功率和效率。
2026-06-29 quant-ph
Floquet Engineering of Anisotropic Transverse Interactions in Superconducting Qubits
研究通过 Floquet 工程在超导 transmon 量子比特中同时实现配对和跃迁相互作用，独立控制 XX 和 YY 项以产生各向异性横向相互作用，并基于六个量子比特的一维链合成横向场 Ising 链模型，探索其动力学相变，为需要空间依赖相互作用的复杂物理系统实现铺路。
2024-10-14 quant-ph
Thermodynamics and Fluctuations in Quantum Heat Engines under Reservoir Squeezing
本研究针对热压缩与冷热储库交替驱动的有限时间量子奥托热机，揭示储库压缩可提升热机性能与稳定性，提出基于囚禁钙离子单电子自旋的实验方案，为有限时间量子热机研究提供通用框架。
2023-05-04 quant-ph
Reverse engineering of single-qubit quantum gates
Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)（圣卡洛斯联邦大学）
研究如何利用线性极化场设计单比特量子门，核心方法是通过调制正弦场并借助旋转波近似，经反转演化算符运动方程等步骤获取控制场公式，贡献是给出简单程序得封闭解析公式及相关可调参数。
2026-07-20 quant-ph
Scalable native multiqubit gates via engineered noncomputational-state interactions in superconducting fluxonium qubits
Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；Institute of Quantum Information and Technology, Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学量子信息与技术研究院）；State Key Laboratory of Quantum Optics Technologies and Devices, Shanxi University（山西大学量子光学技术与器件国家重点实验室）；Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education), Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, and School of Physics, South China Normal University（华南师范大学原子与亚原子结构及量子控制教育部重点实验室、广东省物质结构与基本相互作用卓越研究中心物理学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, and Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University（华南师范大学广东省量子工程与量子材料重点实验室、粤港澳量子物质联合实验室前沿物理研究所）；Nanjing University of Posts and Telecommunications（南京邮电大学）；Shanxi University（山西大学）；South China Normal University（华南师范大学）
通过工程化非计算态相互作用，在超导fluxonium量子比特中实现可扩展的原生多量子比特门，支持任意数量控制量子比特，降低容错量子计算的物理开销。
2026-01-23 quant-ph
Thermodynamic Effects of Single-Qubit Operations in Silicon-Based Quantum Computing
硅基量子逻辑是实现通用量子计算的一种很有前途的技术。人们普遍认为，需要一个毫开尔文的低温环境来容纳硅基量子比特。由于制冷系统的冷却能力有限，这引发了该技术的最终可扩展性的问题。在这项工作中，我们回答了这个问题，通过研究能量耗散由于核自旋杂质和量子比特控制脉冲之间的相互作用。我们证明，这种相互作用限制了可持续的数量单量子位操作每秒给定的冷却能力。我们的研究结果表明，在热能耗散成为问题之前，最先进的稀释制冷机原则上可以容纳数百万量子比特的操作。
2017-04-18 cond-mat.other quant-ph
