Two-qubit quantum gates for defect qubits in diamond and similar systems
我们提出了一种快速，可扩展的全光学设计，用于金刚石（NV中心）和碳化硅中的缺陷量子位的任意两个量子位操作，这是室温量子计算的有前途的候选者。量子比特之间的相互作用是通过微腔光子进行的。该方法使用来自通过光学控制激活的较高能量激发态的相长干涉。在这种方法中，腔模式保持与用于初始化和读出的直接可访问的光学跃迁非共振。所有的量子操作都是由近共振的窄带宽光脉冲控制的。我们进行全量子数值模拟的建议门，并表明高保真度的操作可以获得现实的参数。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistics of Strongly Coupled Defects in Superconducting Qubits
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Qolab
本文研究了超导量子比特中由非晶界面离散缺陷主导的退相干问题，通过测量磁通可调 transmons 的能量弛豫并改变其几何结构，将主要缺陷定位在结附近 500 nm 内的剥离残留物处，从而为改进量子比特结制造工艺提供了依据。
2026-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-enhanced measurements of defect spins in silicon carbide
在广泛使用的半导体中识别新的固态缺陷量子位候选者有可能使纳米制造设备用于增强量子位测量和控制操作。特别是，最近发现的碳化硅薄膜中的光学活性自旋态提供了一个可扩展的路线，将缺陷量子位到芯片上的光子器件。在这里，我们演示了使用3C碳化硅光子晶体腔增强色心缺陷自旋系综的激发，以增加测量的光致发光信号计数率，光学检测的磁共振信号强度，和光学自旋初始化率。我们观察到的光致发光和ODMR信号从腔共振激发激发Ky5色心的增加了30倍，并增加了基态自旋初始化率约2倍。此外，我们表明，小的激发模式体积和增强的激发和收集效率提供的结构可以用来研究非均匀加宽缺陷量子位系综。这些结果突出了纳米制造设备为工程设计色心缺陷量子比特的局部光子环境提供的一些好处，以实现量子信息和传感中的应用。
2015-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlinear Quantum Optics at a Topological Interface Enabled by Defect Engineering
本研究通过缺陷工程和逆向设计，将量子点集成到谷霍尔拓扑波导界面，首次实现了单光子水平的共振荧光与透射光谱，为拓扑光子学与量子非线性系统的相互作用研究开辟了新途径。
2024-08-28 physics.optics quant-ph
Quantitative evaluation of defect-models in superconducting phase qubits
我们使用高精度的光谱和详细的理论建模来确定超导相位量子比特和两能级缺陷之间的耦合形式。拟合实验数据与我们的理论模型，使我们能够确定所有相关的系统参数。观察到一个强的量子位缺陷耦合，几乎为零的纵向分量。使用这些估计，我们定量地比较了现有的几个理论模型的微观起源的两个级别的缺陷。
2010-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Defect production in nonequilibrium phase transitions: Experimental investigation of the Kibble-Zurek mechanism in a two-qubit quantum simulator
以有限速率通过量子临界点的系统在瞬时哈密顿量的不同本征态之间发生跃迁的概率是有限的。这个机制由基布尔提出，是早期宇宙中拓扑缺陷形成的基本机制，由祖雷克提出，是凝聚态系统的基本机制。在这里，我们使用一个系统的核自旋作为一个实验量子模拟器进行非平衡量子相变。实验数据证实了缺陷形成的Kibble-Zurek机制的有效性。
2017-04-10 quant-ph
Antisite defect qubits in monolayer transition metal dichalcogenides
二维（2D）材料具有原子级的薄且易于外部控制的特性，为在室温下实现图案化量子比特的制备和操作提供了新的范例，从而应用于量子信息科学。在这里，我们表明，二维过渡金属二硫属化物（TMD）中的反位缺陷可以提供一个可控的固态自旋量子比特系统。使用高通量的原子模拟，我们确定了几个中性的反位缺陷，位于深的散装带隙和主机的顺磁三重基态的TMD。我们的深入分析揭示了光学跃迁和三重态-单重态系统间交叉过程的存在，这些缺陷量子比特的指纹。作为一个说明性的例子，我们讨论了WS 2中的反位量子位的初始化和读出原理，预计它在未来基于量子位的器件中对多层结构中的层间相互作用是稳定的。我们的研究为在2D TMD中创建可扩展的室温自旋量子位开辟了一条新途径。
2021-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electric field spectroscopy of material defects in transmon qubits
超导集成电路在实现集成量子计算处理器方面具有巨大的潜力。然而，固态方法的缺点是超导量子比特强烈地受到由器件材料中的原子尺度缺陷引起的能量耗散和环境波动的影响。朝着升级量子处理器的进一步进展将需要改进设备制造技术，这些技术需要由新的分析方法来指导，以了解和防止缺陷形成的机制。在这里，我们提出了一种新的技术来分析超导量子比特中的个别缺陷，通过调整它们与外加电场。这为提取缺陷的能量分布、电偶极矩和相干时间提供了一种新的光谱学方法。此外，它使人们能够区分缺陷驻留在约瑟夫森结隧道势垒从那些在电路接口。我们发现，在电路接口处的缺陷是负责约60%的介电损耗的研究transmon量子比特样品。大约40%的所有检测到的缺陷包含在大面积寄生约瑟夫森结的隧道势垒中，这些寄生结在阴影蒸发中并行发生，只有大约3%被识别为强耦合缺陷，这些缺陷可能存在于小面积量子位隧道结中。演示的技术提供了一个有价值的工具，以评估退相干源电路接口和隧道结，是很容易适用于标准量子位样本。
2019-11-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Scalable and Site-Specific Frequency Tuning of Two-Level System Defects in Superconducting Qubit Arrays
本文提出一种可扩展架构，通过单控制线实现TLS频率原位调谐与单比特控制，有效改善超导量子比特相干时间和门保真度，抑制TLS诱导的性能异常。
2025-03-06 quant-ph
An efficient singlet-triplet spin qubit to fiber interface assisted by a photonic crystal cavity
本研究提出一种基于GaAs/Al-GaAs异质结构薄膜的新型单重态-三重态自旋量子比特与光子量子比特光学接口，组件可光刻制备，FDTD模拟显示其自由空间耦合效率达28.7%，刻蚀中间层后可提升至48.5%，助力量子通信与片上集成。
2024-06-20 physics.optics quant-ph
Adaptive Deformation of Color Code in Square Lattices with Defects
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Institute of Artificial Intelligence, Hefei Comprehensive National Science Center（合肥综合性国家科学中心人工智能研究院）；Origin Quantum Computing Technology (Hefei) Co., Ltd.（本源量子计算技术（合肥）有限公司）
本文提出了一种适用于任意稳定子码的数据量子比特缺陷的超稳定子方案，用于修复颜色码中孤立缺陷，并通过两种优化方案降低逻辑错误率，支持全横贯克莱因门集和晶格手术操作。
2026-04-07 quant-ph
Strain-spectroscopy of strongly interacting defects in superconducting qubits
一些微制造的新型量子器件（如超导谐振器和量子比特）的正常功能受到被称为隧穿两能级系统（TLS）的寄生结构材料缺陷的严重影响。最近的实验报告了明确的证据，个别（相干）TLS之间的强相互作用使用应变辅助光谱。这项工作提供了一个替代和简单的理论见解，说明如何获得这种强烈的相互作用的缺陷内的量子位的约瑟夫森结的非晶隧道势垒的光谱响应。此外，在这里获得的相应的光谱特征可以用于快速，有效地阐明这些相互作用的TLS在实验中的应变或电场光谱的基础上的实际状态。
2021-11-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Dynamic phases induced by two-level system defects on driven qubits
针对外部驱动下二能级缺陷影响超导量子比特演化的退相干机制不明确问题，通过Fokker-Planck方程求解主方程，发现四种动态相位，并证明量子比特演化可指示缺陷耦合强度。
2024-08-22 math-ph math.MP quant-ph
Error correction on an array of superconducting qubits with defective components
The University of Sydney（悉尼大学）；Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；IBM Quantum, T. J. Watson Research Center（IBM量子T.J.沃森研究中心）；IBM Denmark（IBM丹麦）
研究固态量子计算中含缺陷组件的超导量子比特阵列的纠错问题，通过排除性能不佳组件等策略操作距离为5的表面码，大幅降低逻辑错误概率，证明了缺陷排除方法对固态量子计算扩展的重要作用。
2026-07-15 quant-ph
Demonstrating non-Abelian braiding of surface code defects in a five qubit experiment
目前，量子计算的主流方法是通过表面码。一种存储和操纵量子信息的方法是在代码中创建缺陷，这些代码可以像粒子一样移动和使用。具体来说，他们模拟了被称为Majoranas的奇异粒子的行为，这是一种非阿贝尔任意子。通过交换这些粒子，可以实现量子计算的重要门。在这里，我们研究了两个表面码Majoranas的最简单的可能的交换操作。这被发现只对五个量子比特起作用。然后，系统被截断为这五个量子位，以便交换过程可以在IBM 5Q处理器上运行。结果显示了预期的交换效果。这篇论文的写作风格应该是专业和业余科学家都能理解的。
2017-02-27 quant-ph
Quantum network of superconducting qubits through opto-mechanical interface
提出了一种基于光机接口的超导量子比特量子网络的实现方案。超导量子比特与微波光子相互作用，然后通过光机械接口耦合到光子。该接口在超导量子比特和具有可调脉冲形状和载波频率的光学飞行量子比特之间生成量子链路，从而能够将量子信息传输到其他超导或原子量子比特。我们表明，该计划的工作在现实的实验条件下，它也提供了一种方法，超导量子比特的快速初始化下1 K，而不是20 mK的工作温度。
2015-01-08 quant-ph
Readout failures in superconducting qubits due to TLS-defects in tunnel junctions
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究针对transmon量子比特隧道势垒中的强耦合TLS，采用多光子光谱学与TLS应变调谐技术，发现其与读出腔的强共振耦合会引发频率偏移破坏读出信号，揭示了材料缺陷阻碍固态量子处理器实现的新机制。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Tunable interfaces for realizing universal quantum computation with topological qubits
我们建议实现可调接口，实现通用的量子计算与拓扑量子比特。一个是拓扑量子位与超导量子位之间的接口，可以在拓扑量子位上实现任意的单量子位门。当两个量子比特参与时，拓扑量子比特与微波腔之间的界面可以诱导出非平凡的两量子比特门，这是基于编织操作不能构造的。这两个接口可以通过外部磁通量进行调节，可以作为构建具有拓扑量子位的通用量子计算的模块。
2013-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interacting Random-field Dipole Defect Model for Heating in Semiconductor-based Qubit Devices
针对半导体量子比特器件运行时参数漂移与发热相关的问题，提出用相互作用随机场玻璃态的两能级系统解释该现象，其频率偏移随温度非单调的结论缩小了两能级系统的模型范围。
2023-07-29 quant-ph
Electrically tunable quantum interfaces between photons and spin qubits in carbon nanotube quantum dots
提出了一种基于光机械谐振器和悬浮碳纳米管量子点中自旋-轨道诱导相互作用实现光子量子比特和自旋量子比特相互转换的量子接口新方案。该接口实现了量子自旋转换器，并进一步实现了局部电子自旋量子比特的电操纵，这为量子网络中两个远程量子节点之间的状态传输协议的全电控制奠定了基础。我们数值评估的状态转移过程，并着手估计每个耦合强度的操作的准确性的影响。
2016-05-21 quant-ph
Qubit-qudit entanglement transfer in defect centers with high-spin nuclei
University of Konstanz（康斯坦茨大学）
研究提出在缺陷中心积累长寿命量子元间纠缠的方案，利用超精细相互作用的伊辛分量将纠缠转移到任意维度存储量子元，当\(d\)为2的整数幂时可确定性产生最大纠缠，适用于多个候选系统。
2026-07-10 quant-ph
Longitudinal spin relaxation model applied to point defect qubit systems
半导体中可控的、部分隔离的少能级系统由于其广泛的纳米级传感和量子技术应用，最近获得了多学科的关注。定量模拟此类系统的动力学和相关应用是一项具有挑战性的理论任务，不仅需要忠实地描述少数几个层次的系统，而且还需要他们的本地环境。在这里，我们开发了一种方法，可以描述相关的松弛过程引起的稀释浴的核和电子自旋。该方法利用了一个扩展的林德布拉德方程的框架内集团近似的中心自旋系统。我们证明了所提出的方法可以准确地描述一个典型的固态点缺陷量子比特系统的T $_1$时间，特别是在金刚石中的NV中心，在不同的磁场和应变。
2020-03-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Adaptive surface code for quantum error correction in the presence of temporary or permanent defects
针对量子比特因制造或高能事件出现缺陷会破坏表面码纠错的问题，提出结合缺陷检测与区域隔离的自适应表面码方法，在有限量子比特开销下保留纠错优势，阈值受影响小，助力大规模量子计算机实现。
2023-07-15 quant-ph
Inverse-designed photon extractors for optically addressable defect qubits
具有自旋光子界面的固态缺陷量子比特系统在量子信息和计量学应用中显示出巨大的前景。然而，光子收集效率对高折射率基质材料中的缺陷量子位提出了主要挑战。光子器件的逆设计优化使得在定制自旋光子界面的关键参数（包括光谱响应、光子偏振和收集模式）方面具有前所未有的灵活性。此外，设计过程可以包含附加的约束，例如制造公差和材料处理限制。在这里，我们设计和展示了一个紧凑的混合磷化镓在金刚石反设计平面电介质结构耦合到单一的近表面氮空位中心形成的注入和退火。我们观察到设备的操作接近理论极限和测量高达14倍的光子提取效率的宽带增强。我们希望这种反向设计的设备将能够实现可扩展的单光子发射器阵列，快速表征新的量子发射器，传感和有效的预示纠缠方案。
2020-12-15 physics.app-ph quant-ph
First-principles Studies of Strongly Correlated States in Defect Spin Qubits in Diamond
利用最近发展起来的量子嵌入理论，我们对金刚石中自旋缺陷的强关联态进行了第一性原理计算。在这个理论中，有效的哈密顿量被构造出来，可以用经典计算机和量子计算机来求解;后者比前者保证了一个更有利的尺度作为系统大小的函数。特别地，我们报道了金刚石中的中性IV族空位复合物的研究，并讨论了它们的强关联自旋单重态和自旋三重态激发态。我们的研究结果提供了有价值的预测实验，旨在光学操纵这些缺陷的量子信息技术的应用。
2020-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Numerical simulation of coherent spin-shuttling in a QuBus with charged defects
JARA-FIT Institute for Quantum Information, Forschungszentrum Jülich GmbH and RWTH Aachen University（JARA-FIT量子信息研究所，于利希研究中心和亚琛工业大学）；Weierstrass Institute for Applied Analysis and Stochastics (WIAS)（魏尔斯特拉斯应用分析与随机性研究所）；ARQUE Systems GmbH（ARQUE系统有限公司）
研究Si/SiGe异质结中传送模式自旋量子比特穿梭的相干性，通过数值模拟分析设备缺陷对量子比特相干性的影响。
2025-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
2-D color code quantum computation
我们详细描述了如何执行通用的容错量子计算的2-D色码，仅利用最近邻相互作用。代码中的三个缺陷（洞）被用来表示逻辑量子比特。三重缺陷逻辑量子比特被变形为色码的隔离三角形部分，以使得能够横向实现所有单个逻辑量子比特Clifford群门。CNOT通过编织在三重缺陷逻辑量子比特对之间实现。
2011-01-10 quant-ph
Accommodating Fabrication Defects on Floquet Codes with Minimal Hardware Requirements
本文提出一种无需额外连接、不修改测量调度且最优移除量子比特和稳定子的方法，以适应Floquet码中的制造缺陷，数值证明平面蜂窝码在缺陷概率约12%时仍容错，性能与表面码相当。
2024-12-10 quant-ph
One- and two-photon spectroscopy of a flux qubit coupled to a microscopic defect
我们观察了超导磁通量子比特耦合到非本征量子系统（EQS）的动力学行为。EQS的存在通过量子位的光谱中的反交叉来揭示。双光子跃迁到量子位-EQS系统的第三激发态的激发使我们能够提取关于EQS的能级结构和耦合的详细信息。我们推导出EQS是一个两能级系统，与量子比特的横向耦合。在实验过程中，EQS的跃迁频率和耦合发生了变化，这支持了EQS是一个微观起源的二能级系统的观点。
2009-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Design of defect spins in piezoelectric aluminum nitride for solid-state hybrid quantum technologies
宽带隙半导体中的自旋缺陷是在固态环境中实现量子比特或量子比特的有前途的系统。到目前为止，缺陷量子位只在具有强共价键的材料中实现。在这里，我们介绍了一个应变驱动的计划，合理地设计功能离子晶体中的缺陷自旋，这可能是潜在的量子比特。特别是，使用最先进的从头计算的混合密度泛函和多体微扰理论的基础上的组合，我们预测，带负电荷的氮空位中心的压电氮化铝表现出自旋三重态基态在现实的单轴和双轴应变条件下，这样的状态可以利用量子比特的实现。这里采用的应变驱动策略可以很容易地扩展到其他宽带隙半导体中的各种点缺陷，为控制离子系统中缺陷的自旋特性铺平了道路。
2016-02-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Charge-Qubit-Resonator-Interface-Based Nonlinear Circuit QED
本文探讨了电荷量子比特与微波LC谐振腔感应耦合的非线性电路QED在光子工程和超强耦合多光子量子光学中的应用。简单地扫描栅压偏置就可以实现任意的Fock态脉冲脉塞，其中单个量子比特起着人工增益介质的作用。共振泵浦参量量子比特-谐振腔界面导致谐振腔场的压缩，这对量子限幅微波放大是有用的。此外，在自由驱动系统的稳态下，可以观察到向上和向下的多光子量子跃迁。
2018-09-18 quant-ph
Non-Local and Non-Markovian Effects of a Microscopic Two-Level Defect in Superconducting Quantum Circuits
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过可调耦合器实现与两个空间分离超导量子比特耦合的相干二能级系统，揭示了非马尔可夫退相干噪声和缺陷诱导的关联量子比特动力学。
2026-05-27 quant-ph
Entanglement entropy with localized and extended interface defects
的量子伊辛链的长度，L，这是分为两个部分的本地化或扩展的缺陷被认为是在临界点处的界面磁化的缩放是非普遍的。我们测量的纠缠熵之间的两个半系统的平衡，以及淬火后，当在界面上的相互作用改变时间t>0。对于局域缺陷，熵随log（L）或log（t）的增加涉及相同的有效中心荷，其是缺陷强度的连续函数。相反，对于扩展的缺陷，平衡熵是饱和的，但非平衡熵具有对数时间依赖性，其前因子取决于缺陷的强度。
2009-03-23 cond-mat.stat-mech quant-ph
Two-particle localization and antiresonance in disordered spin and qubit chains
我们表明，在一个系统的缺陷，两个粒子的状态可能会遇到破坏性的量子干涉，或反共振。它可以防止缺陷上的激发衰减，即使能量守恒允许衰减。所研究的系统是在磁场中具有各向异性（$XXZ$）交换耦合的量子比特链或等效自旋链。该链有一个缺陷与过剩的现场能源。它对应于具有不同于其他量子位的能级间距的量子位。我们发现，由于激发之间的相互作用，一个单一的缺陷可能会导致多个局域态。发现了双激发态的能谱和局域化长度。激发的局域化促进了量子计算机的操作。强各向异性耦合的分析结果证实了数值研究。
2003-11-13 cond-mat quant-ph
Fusing Binary Interface Defects in Topological Phases: The $\operatorname{Vec}(\mathbb{Z}/p\mathbb{Z})$ case
二元界面缺陷是两个（不一定是可逆的）畴壁之间的任何界面。我们计算Kitaev的$\mathbb{Z}/p\mathbb{Z}$模型中所有可能的二元界面缺陷以及它们之间所有可能的融合。我们的方法可以应用于任何Levin-Wen模型。我们还给出了物理解释的$\mathbb{Z}/p\mathbb{Z}$模型中的每一个缺陷。这些物理解释提供了一种新的图形演算，可用于计算缺陷融合。
2019-01-23 cond-mat.str-el math-ph math.MP
Interface Between Topological and Superconducting Qubits
我们提出并分析了一个拓扑量子比特和超导磁通量子比特之间的接口。在我们的方案中，拓扑绝缘体中Majorana费米子之间的相互作用由超导相位相干控制，超导相位依赖于通量量子比特的量子态。通过脉冲打开和关闭这种相互作用实现的受控相位门可以在拓扑量子比特和超导量子比特之间传输量子信息。
2011-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Topological interface engineering and defect crossing in ultracold atomic gases
我们提出了一个实验可行的方案拓扑接口工程，并展示了它如何可以用于拓扑非平凡接口和穿孔的缺陷和纹理在这样的接口的动力学研究。该方法利用原子的内部自旋结构以及局部施加的相互作用强度的控制来创建具有高度复杂的拓扑性质的多粒子态。特别地，我们考虑了自旋玻色-爱因斯坦凝聚体的拓扑上不同的相位之间的构造的相干接口。
2012-07-03 cond-mat.quant-gas hep-th quant-ph
Topological interface physics of defects and textures in spinor Bose-Einstein condensates
我们提供了一个详细的描述，我们以前提出的方案拓扑接口工程与构造缺陷和纹理贯穿不同的破缺对称性之间的连贯界面[M. O. Borgh和J. Ruostekoski，Phys. Rev. 109，015302（2012）]。我们考虑自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体，其中极性相和铁磁相在空间上分离的区域中制备。我们发现，一个稳定的连贯接口之间建立的两个阶段，允许不同的拓扑结构的缺陷连接不断跨越边界。我们提供了分析结构的接口交叉缺陷的解决方案，可以实验相位印迹使用现有的技术。通过数值最小化能量，我们计算的核心结构的界面交叉的缺陷配置。我们证明了非平凡的核心变形相当复杂的结构，如形成一个拱形的半量子线缺陷，爱丽丝拱，在界面上，与拓扑电荷的点缺陷，其出现可以理解的“毛球”定理。另一个能量稳定物体的例子是一个无核涡旋与一对半量子涡旋的连接。我们表明，旋转导致自发成核的缺陷中，一个无核涡旋不断转变为半量子涡旋的界面。
2013-04-22 cond-mat.quant-gas hep-th quant-ph
Capturing 3D atomic defects and phonon localization at the 2D heterostructure interface
异质结构界面处的3D局部原子结构和晶体缺陷控制着它们的电子、磁性、光学、催化和拓扑量子特性，但迄今为止还没有任何直接的实验测定。在这里，我们确定的3D局部原子的位置在界面的MoS 2-WSe 2异质结皮米精度和相关的3D原子缺陷与本地化的振动特性在外延界面。我们观察点缺陷，键变形，原子尺度的波纹和测量全三维应变张量在异质界面。通过使用实验的三维原子坐标作为直接输入到第一性原理计算，我们揭示了新的声子模式本地化的界面，这是证实了空间分辨电子能量损失谱。我们期望这项工作将打开大门，在单原子水平上的异质结构界面的广泛的结构-性能关系的关联。
2021-04-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Codesign of quantum error-correcting codes and modular chiplets in the presence of defects
针对固态量子器件扩展中的制造错误问题，提出结合模块化架构与量子纠错适配的方法，通过模拟表面码确定缺陷影响，建立后选择标准，优化芯粒尺寸以降低资源开销。
2024-03-22 quant-ph
Handling fabrication defects in hex-grid surface codes
针对六边形网格表面码架构中的制造缺陷问题，提出基于 LUCI 框架扩展的方法处理损坏的量子比特和耦合器，分析其对电路距离的影响并提供丢弃策略，消除了大规模量子纠错硬件实现的关键障碍。
2025-08-11 quant-ph
Effects of the interplay between interaction and disorder in bipartite entanglement
我们使用一个无序的反铁磁自旋1/2链与各向异性交换耦合的相互作用量子比特阵列建模。所有的量子比特都有相同的能级间距，除了两个，这两个被称为链的缺陷。这些缺陷的能级间距相等，且比其它缺陷的能级间距大得多。我们研究了两个缺陷之间的纠缠如何依赖于系统的各向异性。当各向异性耦合远大于缺陷和普通量子比特之间的能量差时，两个缺陷变得强烈纠缠。相反，小的各向异性可能会减少纠缠，在这种情况下，这也很大程度上受激发的数量的影响。对最近邻缺陷和次最近邻缺陷进行了分析。最近邻缺陷的纠缠度的降低并不是很显着，尤其是在大链中。
2005-04-04 quant-ph
Designing metasurface optical interfaces for solid-state qubits using many-body adjoint shape optimization
本研究提出多体伴随形状优化的超表面逆向设计策略，设计出适配金刚石氮空位中心的超表面光学接口，兼顾制造约束与高性能，可推广至其他固态量子比特及受约束光子设计问题。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Sub-10 nm precision engineering of solid-state defects via nanoscale aperture array mask
设计一个强相互作用的均匀量子比特簇将是实现用于量子传感的可扩展量子系统和基于节点的量子比特寄存器的重要一步。对于使用缺陷作为量子位的固态系统，已经开发了各种精确定位缺陷的方法，但是在室温下在强耦合范围内大规模制造量子位仍然是一个挑战。在这项工作中，我们产生的氮空位（NV）的颜色中心在金刚石与子10纳米尺度的精度通过使用纳米级孔径阵列（NAAs）的组合与高纵横比为10和二次电子束孔图案用作离子阻挡掩模。我们进行光学和自旋测量上的一个小集群的NV自旋和统计调查的NAA在离子注入过程中的效果。我们将讨论如何这种技术是有效的构建一个可扩展的系统。
2021-12-02 quant-ph
Interface Piezoelectric Loss in Superconducting Qubits
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
研究通过超导量子比特与机械模式共振，发现界面压电效应导致量子比特寿命减少，揭示压电损耗作为超导量子比特的独立损耗通道。
2026-05-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intersystem Crossing and Exciton-Defect Coupling of Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
尽管二维（2D）系统被认为是单光子发射器或自旋量子位的新兴和可扩展的主体材料，但这些量子缺陷的不受控制和不确定的化学性质一直是进一步发展的障碍。利用外部缺陷的设计可以规避这些持续存在的问题，并提供最终的解决方案。在这里，我们建立了一个完整的理论框架，准确和系统地设计量子缺陷的宽带隙的二维系统。通过这种方法，基本的静态和动态性质被同等地考虑用于自旋量子比特的发现。特别是，多体相互作用，如缺陷激子耦合是至关重要的描述激发态的缺陷在二维系统的属性。同时，非辐射过程，如声子辅助衰变和系统间交叉率需要仔细评估，这与辐射过程一起竞争。从基于第一性原理计算的缺陷的彻底筛选，我们确定了有前途的单光子发射器，如SiVV和自旋量子位，如TiVV和MoVV在六方氮化硼。该工作为二维材料中的缺陷设计提供了一个完整的第一性原理理论框架。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
First principles study of charge diffusion between proximate solid state qubits and its implications on sensor applications
由固体中的顺磁点缺陷产生的固态量子比特是实现量子网络和新型纳米传感器的有希望的平台。材料工程的最新进展使得在固体中创建可能相互作用的邻近量子位成为可能，从而导致电子自旋/电荷波动。本文从第一性原理出发，发展了一种计算点缺陷间隧穿介导电荷扩散的方法，并将其应用于金刚石中的氮空位量子比特。计算的隧穿率与以前的实验数据定量一致。我们的研究结果表明，接近中性和带负电荷的NV缺陷对可以形成一个NV-NV分子。基于我们对金刚石中相互作用量子比特的研究结果，提出了近表面NV量子比特退相干源的隧道介导模型。
2018-03-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interface between photonic and superconducting qubits
我们发现，嵌入超导微波腔中的光学有源耦合量子点可以用来实现光子和transmon量子比特之间的快速量子接口。通过耦合的量子点的单光子吸收导致产生大的电偶极子，这又确保了与微波腔的有效耦合。使用先前实验中获得的腔参数，我们估计，在纳秒时间尺度内的双向微波光学转换与效率接近统一的实验是可行的，与当前的技术。我们还提出了一个从时间仓光子量子比特到transmon量子比特的确定性量子态传输协议。基于量子点的量子光子学技术的最新进展表明，我们提出的方案可以在连接包含腔耦合超导量子比特的量子节点方面发挥核心作用。
2017-07-07 quant-ph
Extending spin coherence times of diamond qubits by high temperature annealing
金刚石中带负电荷的氮空位（NV $^-$）缺陷的自旋是固态量子比特最有希望的候选者之一。含有这些自旋携带缺陷的量子器件的制造需要位置受控地引入具有优异性质（诸如光谱稳定性、长自旋相干时间和稳定负电荷状态）的NV $^-$缺陷。氮离子注入和退火使得NV $^-$自旋量子比特的定位具有高精度，但迄今为止，以这种方式产生的量子比特的相干时间很短，可能是因为存在残余辐射损伤。在目前的工作中，我们表明，在1000 $^\circ$ C的高温退火允许2毫秒的相干时间在室温下实现。这些结果是在高纯度、99.99% $^{12}$ C富集的单晶化学气相沉积金刚石中由还原产生的NV $^-$缺陷获得的。我们讨论这些显着长的相干时间的背景下，剩余缺陷自旋的热行为。[发表于Physical Review B { \bf{88} }，075206（2013）]
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Interacting Defects Generate Stochastic Fluctuations in Superconducting Qubits
四十多年来，非晶介电材料已经被认为是二能级系统（TLS）的宿主。超导谐振器和量子比特的最新发展使得对TLS物理的详细研究成为可能。特别是，测量长时间（几天）内设备的损耗使我们能够研究由于TLS之间的相互作用而引起的随机波动。我们测量了频率可调谐平面超导量子比特的能量弛豫时间随时间和频率的变化。实验显示了各种随机模式，我们能够通过广泛的模拟来解释。在我们的模拟中使用的模型假设一个量子比特与高频TLS相互作用，而高频TLS又与热激活的低频TLS相互作用。我们的模拟结果与实验结果相吻合，表明低频TLS的密度比高频TLS的密度大三个数量级。
2021-06-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Dynamics of defects and interfaces for interacting quantum hard disks
University of Augsburg（奥格斯堡大学）；Centre for Advanced Analytics and Predictive Sciences (CAAPS), University of Augsburg（奥格斯堡大学高级分析与预测科学中心）
研究量子硬盘问题中缺陷和界面的稳定性，发现其在短程软芯相互作用下仍保持稳定，揭示量子动力学的鲁棒性。
2026-03-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Qubit guidelines for solid-state spin defects
固态材料中与电子和核自旋相关的缺陷与量子信息科学有着悠久的历史，可以追溯到20世纪50年代硅掺杂剂的第一次自旋回波实验。自世纪之交以来，该领域已迅速扩展到适用于量子通信，传感和计算的大量缺陷和宿主晶体。从简单的自旋共振到长距离远程纠缠，自旋缺陷的复杂性正在快速发展，需要深入了解它们的自旋，光学，电荷和材料特性。这对于发现专用于特定量子应用的新相关系统尤其重要。因此，在这次审查中，我们扩展了所有的关键组件，重点是缺陷和宿主材料的特性，工程机会和其他改进途径。最后，这篇评论的目的是尽可能的缺陷和材料不可知论，在一定程度上强调光发射器，为量子信息的固态自旋缺陷领域提供了一个广泛的指导方针。
2020-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum computing is scalable on a planar array of qubits with fabrication defects
针对含噪且存在制造缺陷的量子比特系统，本文基于表面码架构提出阈值定理，证明二维阵列可完成任意大规模量子计算，并引入鲁棒协议测量高权重稳定子以补偿非活动量子比特区域。
2023-06-28 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Simulating noise on a quantum processor: interactions between a qubit and resonant two-level system bath
本研究构建了结合标准隧穿模型、电场分布与开放量子系统动力学的模型，通过Lindbladian模拟200个强耦合二能级系统(TLS)与量子比特的相互作用，发现强电场区的共振TLS显著影响量子比特弛豫时间，为未来量子处理器设计提供指导。
2023-06-07 quant-ph
