A Rydberg blockade CNOT gate and entanglement in a 2D array of neutral atom qubits
我们给出了二维量子位阵列中两量子位里德堡封锁量子门和纠缠的实验结果。在没有针对原子损失的后选择的情况下，我们实现了$0.73\pm 0.05$的贝尔态保真度，这是迄今为止报道的最高值。实验是在单Cs原子量子位阵列中进行的，其位置间距为$3.8 ~ μ\rm m$。使用标准协议的里德伯封锁C $_Z$门与单量子位操作一起，我们创建贝尔状态，并使用奇偶振荡测量其保真度。我们分析了AC斯塔克位移的作用时，使用双光子里德伯激发，并显示如何调整实验条件的最佳门保真度。
2015-07-17 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement of neutral-atom qubits with long ground-Rydberg coherence times
我们报道了一个基态纠缠协议的结果，一对Cs原子间隔为6~ $μ$ m，结合Rydberg封锁机制和双光子拉曼跃迁，制备$\vertΨ^+\rangle=(\vert 10\rangle+\vert 01\rangle)/\sqrt{2}$贝尔态的损失校正保真度为0.81（5），等于最好的证明保真度的原子被困在光镊，但不需要动态可调的原子间的间距。量子比特态的相干性对于量子信息的应用也是至关重要的，我们使用Ramsey光谱测量了基态和基态Rydberg退相速率。我们证明了横向退相时间$T_2^*=10(1)$ ~ms和$T_2'=0.14(1)$ ~s的量子位水平，并实现了长的地面Rydberg相干时间的$T_2^*=17(2)~μ$ s所需的实现高保真多量子位门序列，其中控制原子保持在Rydberg状态，同时对相邻的目标量子位应用本地操作。
2018-11-12 physics.atom-ph quant-ph
Robust Mølmer-Sørensen gate for neutral atoms using rapid adiabatic Rydberg dressing
提出利用快速绝热 Rydberg 缀饰并结合自旋回波校正单原子光频移误差，实现对热运动、激光不均匀和不完美阻塞鲁棒的中性原子 Mølmer-Sørensen 门，保真度可达约 0.995。
2025-01-10 physics.atom-ph quant-ph
Analyzing the Rydberg-based omg architecture for $^{171}$Yb nuclear spins
中性碱土（类）原子最近已被用于原子阵列与个人读出，控制，和高保真里德伯介导的纠缠。这个新兴的平台提供了广泛的新量子科学应用，这些应用利用了这些原子的独特性质：超窄的光学“时钟”跃迁和孤立的核自旋。具体来说，这些性质提供了一个光学量子比特（“o”）以及基础（“g”）和亚稳态（“m”）核自旋量子比特，所有这些都在一个原子内。我们认为实验现实的控制这种“omg”的架构和它的耦合到里德伯态的纠缠产生，特别关注镱-171（$^{171}\text{Yb}$）与核自旋$I = 1/2$。我们分析了$^{171}\text{Yb}$的$S$系列里德堡态，由三个自旋$1/2$成分（两个电子和原子核）描述.我们证实，$F = 3/2$流形-一个独特的自旋配置-是非常适合纠缠核自旋量子比特。此外，我们使用多通道量子亏损理论分析了$F = 1/2$系列--由两个重叠的自旋配置描述。我们研究了原子核自旋态的多级动力学，当驱动时钟或里德伯跃迁的拉比频率分别为$Ω_\text{c} = 2 π\times 200$ kHz或$Ω_\text{R} = 2 π\times 6$ MHz时，发现一个适度的磁场（$\approx200\,\text{G}$）和可行的激光偏振强度纯度（$\lesssim0.99$）足以使门的结晶度超过0.99。
2022-04-18 physics.atom-ph quant-ph
Quantum logic and entanglement by neutral Rydberg atoms: methods and fidelity
基于中性里德伯原子的偶极-偶极相互作用的量子门和量子纠缠是基础物理和量子信息科学的重要研究内容。Rydberg介导的纠缠协议的精确性和鲁棒性是限制其在实验和未来工业中应用的关键因素。通过探索中性原子的里德伯相互作用，有各种方法可以产生纠缠门，每种方法都有自己的优点和缺点。在这些协议的基础和技巧进行审查，特别注意可实现的保真度和鲁棒性的技术问题和有害的先天因素。
2022-12-13 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Rydberg mediated entanglement in a two-dimensional neutral atom qubit array
我们在二维量子比特阵列中演示了高保真的两量子比特里德堡封锁和纠缠。量子比特阵列由蓝色失谐光线网格定义，具有121个用于捕获原子量子比特的位置。改进的实验方法提高了观测到的贝尔态的保真度到$F_{\rm Bell}=0.86(2)$。考虑到状态准备和测量（SPAM）中的错误，我们推断$F_{\rm Bell}^{\rm -SPAM}=0.88$的保真度。考虑到单量子位操作中的错误，我们推断用里德伯介导的$C_Z$门创建的贝尔态具有$F_{\rm Bell}^{C_Z}=0.89$的保真度。与基于量子过程矩阵的详细误差模型的比较表明，有限的原子温度和激光噪声是导致所观察到的门失真的主要误差源。
2019-10-20 physics.atom-ph quant-ph
Two-qubit controlled-PHASE Rydberg blockade gate protocol for neutral atoms via off-resonant modulated driving within a single pulse
中性原子阵列是研究量子逻辑门的理想平台，人们一直致力于提高双量子比特逻辑门的保真度。我们报告了我们最近的研究结果，在构建一个不同类型的两个量子比特控制相位量子门协议与中性原子启用里德堡封锁，其目的是在鲁棒性和高保真度。它依赖于调制的驱动脉冲与特殊定制的平滑波形，以获得适当的相位积累的量子门。其主要特点包括在单个脉冲内完成门操作，不需要单独的位置寻址，对封锁移位的精确值不敏感，同时抑制了布居泄漏误差和旋转误差。在考虑原子运动、激光功率波动、功率不平衡、自发发射等误差的情况下，我们期望该协议具有较高的保真度，并希望该协议能在其他量子比特平台的量子门设计和量子最优控制的其他领域中产生新的应用.
2019-10-18 physics.atom-ph quant-ph
Quantum gates with weak van der Waals interactions of neutral Rydberg atoms
中性原子在大规模量子计算中具有广阔的应用前景，但精确的中性原子纠缠依赖于大的里德伯相互作用，而里德伯相互作用对原子间距离有很大的限制.通过一个相位积累失谐拉比周期的Rydberg相互作用的相似幅度的Rydberg拉比频率，我们研究了一个控制相位门与任意相位，并将其扩展到控制非门。该门只需要三步耦合一个里德伯态，依赖于容易接近的范德华相互作用，自然产生的遥远的原子之间，并没有旋转误差在弱相互作用制度。重要的是，它们可以在非常弱相互作用的情况下工作，这样分离良好的量子比特就可以纠缠在一起。该门对Rydberg相互作用的不可消除的涨落敏感，但在距离大于20~ $μ$ m的量子位的真实位置涨落下，仍能保持98%以上的保真度.
2022-12-13 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Addressable Rydberg excitation in arrays of single neutral atoms with a strongly focused flat-top beam
Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT)（莫斯科物理技术学院）；Russian Quantum Center (RQC)（俄罗斯量子中心）；P. N. Lebedev Physical Institute (LPI)（列别捷夫物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Quantum Technology Centre and Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学量子技术中心与物理学院）
本文提出利用强聚焦平坦顶束在单中性原子数组中实现可寻址的瑞利激发，通过Hermite-Gaussian或Laguerre-Gaussian模式叠加生成平坦强度和相位分布的激光束，并分析其传播特性及瑞利双量子态动力学。
2026-04-29 physics.atom-ph quant-ph
Doppler-resilient ground-Rydberg transition and its application in high-fidelity entangling gates with neutral atoms
在中性里德伯原子中，运动诱导的退相是一个严重的问题，它限制了利用外激光场进行量子控制过程的精度。这种退相是一个主要的问题，限制了量子纠缠门与中性原子的保真度时，有一个{ \it间隙}的时间为里德伯原子自由漂移。我们发现，通过使用“V”型双轨配置中的过渡，可以在很大程度上抑制这种失相。这个“V”的左（右）臂代表到Rydberg态$|r_{1(2)}\rangle$的跃迁，其Rabi频率为$Ωe^{ikz}~(Ωe^{-ikz})$，其中$z$是冻结的，没有原子漂移，但在每个实验周期中线性变化。这样的配置相当于基态和具有拉比频率$\sqrt2Ω$的混合且时间依赖的里德堡态之间的转变，使得无论何时状态返回到基态都没有相位误差。我们研究了这种方法的两个应用。首先，可以在激发和去激发之间没有{ \it间隙}时间的情况下，在超精细基态$|1\rangle$和里德伯态$|r_{1(2)}\rangle$之间忠实地转移原子态。第二，通过在{\it能隙}时间内加入红外激光场诱导$|r_{1(2)}\rangle$通过一个大失谐的低中间态跃迁到邻近的里德堡态$|r_3\rangle$，原子可以在{ \it能隙}时间内保持其内部态在里德堡能级，同时调节$|r_{1(2)}\rangle$中的布居分支.这允许在{ \it间隙}时间之后的几乎完美的里德堡去激发，使得在里德堡封锁门中恢复高保真度成为可能。该理…
2019-10-01 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Robust control and optimal Rydberg states for neutral atom two-qubit gates
本研究利用量子最优控制技术，为中性原子平台设计了抗实验控制偏差的鲁棒CZ门，结合锶-88原子物理性质确定最优Rydberg态，在考虑Rydberg态有限寿命下实现了高Bell态保真度，有效降低近期量子计算设备的错误率。
2023-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Photodissociation of long-range Rydberg molecules
我们提出的超冷长程里德堡分子的光解离作为一种工具来表征其电子性质。我们photoassociate K2 37 P分子与高度纠缠的电子和核自旋的两个绑定原子和量化的纠缠通过投影的分子状态到非相互作用的原子使用射频光解。通过比较实验的光解速率与理论预测，我们进一步表征的光缔合分子的电子和核波函数。在对形成的长程里德伯分子进行完整表征的基础上，我们证明了自由基态原子通过与里德伯原子的相互作用而实现的超精细自旋翻转。
2021-01-06 physics.atom-ph quant-ph
Proposal for the determination of nuclear masses by high-precision spectroscopy of Rydberg states
单电子离子里德伯态的理论处理由于实际上没有核尺寸修正而变得容易，而像里德伯常量这样的基本常数可能在计划中的高精度光谱实验的范围内。因此，在里德伯态之间转移跃迁能量的主要核效应是由于核质量。因此，里德伯跃迁的光谱测量可以用来精确地推断核质量。详细探讨了这种方法在氢和氘以及类氢锂和碳中的可能应用。为了完成主量子数n=5，..态的量子电动力学（QED）自能余项函数的分析、数值和解析计算，8和角动量L=n-1和L=n-2（j = L +/- 1/2）。
2010-04-23 physics.atom-ph
Transition Slow-Down by Rydberg Interaction of Neutral Atoms and a Fast Controlled-NOT Quantum Gate
探索可控的相互作用是量子科学的核心。中性的里德伯原子提供了一条通往单量子之间灵活相互作用的多用途途径。由于Rydberg阻断对相互作用涨落的鲁棒性，以前的工作主要集中在激发湮灭~（EA）效应上。我们研究了Rydberg阻断的另一个效应，即跃迁慢化~（TSD）。在TSD中，一个原子中的地里德伯循环减慢了附近原子的里德伯参与的状态跃迁，这与EA相反，EA会湮灭假定的状态跃迁。TSD可导致精确受控的-{\footnotesize NOT}~（{\footnotesize CNOT}）门，其中子$μ$的持续时间约为两个脉冲的$2π/Ω+ε$，其中$ε$是实现脉冲中的相位变化的可忽略的瞬态时间，并且$Ω$是Rydberg Rabi频率。基于TSD的{\footnotesize CNOT}的快速、准确性使得中性原子可以与超导离子阱系统相媲美。
2021-01-31 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Hyperentanglement of divalent neutral atoms by Rydberg blockade
超纠缠是两个粒子在多个自由度上同时纠缠的现象，它与基础物理和量子技术都有密切的关系。以往对HE的研究主要集中在光子上。在这里，我们研究单个中性原子中的HE。在大多数具有两个价电子和非零核自旋的类碱土原子中，存在两个稳定的电子态，基态和长寿命时钟态，它们可以定义电子量子比特。同时，它们的核自旋态可以定义一个核量子比特。利用Rydberg阻塞效应，我们证明了受控Z ~（C $_{\text{Z}}$）操作可以在两个相邻原子的电子量子比特中产生，同时也可以在它们的核量子比特中产生，从而导致C $_{\text{Z}}\otimes$ C $_{\text{Z}}$操作，这种操作能够诱导HE.在单个中性原子中诱导HE的可能性为研究基于中性原子的量子科学和技术提供了新的机会。
2022-12-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Single-site Rydberg addressing in 3D atomic arrays for quantum computing with neutral atoms
中性原子阵列在大规模量子计算中有着广阔的应用前景，特别是因为它可以制备大规模的量子比特阵列。一个尚未解决的问题是如何选择性地激发3D原子阵列中的一个量子比特到里德堡态。在这项工作中，我们为此目的展示了两种方法。第一种方法依赖于一个众所周知的结果：在由两个强度相等但失谐相反的非共振场$\pmΔ$驱动的两个量子态之间的偶极跃迁中，跃迁的特征在于两个反向旋转的拉比频率$Ωe^{\pm iΔt}$~[或$\pmΩe^{\pm iΔt}$，如果两个场具有$π$相位差]。这对失谐场导致了一个时间相关的拉比频率$2Ω\cos(Δt)$~[或$2iΩ\sin(Δt)$]，从而恢复了两个能级之间的完全跃迁。当两个失谐光场沿不同的方向传输时，三维光晶格中的一个原子可以被选择性地寻址到里德堡激发，并且当它的状态被恢复时，光路中被照射的任何非目标原子的状态也被恢复。此外，我们发现，里德伯激发通过这种方法可以显着抑制的里德伯门的基本封锁错误，铺平了道路，高保真纠缠门与常用的准矩形脉冲，很容易获得的脉冲拾取器。在此过程中，我们发现了第二种方法用于3D中的单位点Rydberg寻址，其中选定的靶原子可以被激发到Rydberg态，同时由于自旋回波序列而保留任何非靶原子的状态。利用原子阵列的里德堡激发，可以选择性地寻址目标原子，这使得基于里德堡阻断的大规模中性原子信息处理器的设计成为可能。
2021-01-31 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Implementation of two-qubit Rydberg operations on neutral Rb-87 atoms in systems with different intermediate states
Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT)（莫斯科物理技术学院）；Russian Quantum Center (RQC)（俄罗斯量子中心）；P. N. Lebedev Physical Institute (LPI)（列别捷夫物理研究所）；Quantum Technology Centre and Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科大学量子技术中心与物理系）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）
本文实验实现了中性铷-87原子的双量子比特操作，比较了两种里德堡激发方案，发现空间构型对保真度影响大于中间能级选择，并展示了基于6P3/2能级方案实现94%保真度。
2026-06-15 physics.atom-ph quant-ph
Symmetric $C_Z$ gate for ultracold neutral atoms based on counterdiabatic driving at Rydberg excitation
Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS（拉扎诺夫半导体物理研究所西伯利亚分院）；Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）；Institute of Laser Physics SB RAS（激光物理研究所西伯利亚分院）；Division of Precision Measurement Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, 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研究院武汉物理与数学研究所精密测量物理研究室）
本文提出一种基于对称双序列亚阿哈洛夫脉冲的中性原子Rydberg阻塞C_Z门方案，通过反常驱动减少量子门操作时间，实现高保真度纠缠门。
2026-10-02 physics.atom-ph quant-ph
Formation of positron-atom bound states in collisions between Rydberg Ps and neutral atoms
20年前的预测，正电子与中性原子的结合还没有在实验中观察到。提出了一种利用里德伯正电子偶素（Ps）与中性原子碰撞探测正电子-原子束缚态的新方案。电荷转移反应截面的估计获得使用第一玻恩近似的中性原子的目标和广泛的入射Ps能量和主量子数的选择。我们还估算了相应的Ps电离截面。的准确性的计算进行了测试，通过与早期的预测Ps的电荷转移与氢和反氢的碰撞。我们描述了一个现有的里德伯Ps光束适合产生正电子原子束缚态和估计信号率的基础上计算的截面和现实的实验参数。我们的结论是，所提出的方法是能够产生这样的国家和测试理论预测的结合能。
2016-04-29 physics.atom-ph
A Quantum Interface Between Neutral-Atoms and Trapped-Ions Quantum Registers
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究中性原子与囚禁离子量子寄存器间的量子接口，提出并分析方案，通过光镊与保罗阱势实现里德堡囚禁，增强原子 - 离子极化相互作用，实现对MS门的条件控制，为确定性原子 - 离子混合量子门和量子接口建立实用途径。
2026-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Measurements of the ion velocity distribution in an ultracold neutral plasma derived from a cold, dense Rydberg gas
我们报告的离子速度分布的测量超冷中性等离子体来自一个密集的，冷里德伯气体在MOT。里德伯原子的激发使用共振两步激发路径与激光的持续时间为4 ns。血浆自发迅速形成。通过测量离子的激光诱导荧光（LIF）来确定离子速度分布的均方根宽度。所测得的激发效率进行了比较与蒙特卡罗波函数计算，并观察到显着的差异。我们讨论了封锁里德伯激发的条件以及随后的里德伯原子畴的空间有序性。虽然封锁的相互作用是大于拉比频率的原子样品的部分，没有证据的空间秩序观察。
2016-01-27 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Heating and cooling of electrons in an ultracold neutral plasma using Rydberg atoms
通过在超冷中性等离子体中嵌入里德伯原子，实验证明了电子在超冷中性等离子体中的加热和冷却。我们已经确定了初始电子温度$T_{e,i}$和在加热和冷却行为之间的交叉处添加的里德伯原子的结合能$E_b$（即，原子的结合能，当它们被添加到等离子体中时，既不加速也不减慢等离子体膨胀）之间的关系。具体地说，这个条件是$|E_b| \approx 2.7 \times k_B T_{e,i}$的诊断时，使用的是里德伯原子对等离子体渐近膨胀速度的影响。此外，我们已经获得了实验估计的量的加热或冷却时发生的里德伯结合能不满足交叉条件。交叉条件的实验结果以及远离交叉的加热或冷却程度与从里德伯原子和等离子体之间相互作用的数值模拟获得的预测一致。我们还开发了一个简单直观的图片如何影响的里德伯原子的等离子体支持的概念的“瓶颈”的里德伯态分布的原子在平衡与共存的等离子体。
2018-10-24 physics.atom-ph
Off-resonant modulated driving gate protocols for two-photon ground-Rydberg transition and finite Rydberg blockade strength
近年来，通过非共振调制驱动的双量子比特控制相位门的概念被引入到中性原子量子比特平台中，用于单光子和双光子基态里德堡跃迁。为了实际上达到更好的性能，需要进一步的发展来克服这种有前途的方法在以前的讨论中的一些已知的限制。在这里，我们彻底分析了各种调制风格的双光子跃迁，展示了非共振调制驱动协议的多功能性。此外，我们表明，它是可能的，以改善特定的有限里德伯封锁强度值的性能改进的设计过程。特别地，对封锁强度的降低的要求可以直接与中性原子的量子位阵列中的连接性的改善相关联。这些进展与原子波函数从时间演化中获得几何相位这一核心特征密切相关，该几何相位开始和结束于同一个量子态。在现有合理的实验条件下，即使考虑到技术误差和冷原子温度的影响，我们预计这些协议的保真度也可以达到NISQ的基本要求。
2022-10-01 physics.atom-ph quant-ph
Coherent control of a single trapped Rydberg ion
囚禁里德堡离子是量子计算和模拟的一种新方法。他们的设想是将捕获离子量子位的精细控制与已经在中性原子实验中证明的快速双量子位里德堡门结合起来。相干里德堡激发是这些门的关键要求。在这里，我们进行了第一次相干里德伯激发的离子，并执行单量子比特里德伯门，从而展示了一个被困里德伯离子量子计算机的基本要素。
2017-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Ultralong-range triatomic Rydberg molecules in an electric field
研究了由一个里德伯原子和两个中性基态原子组成的三原子里德伯分子的电子结构。在考虑$s$波和$p$波相互作用的情况下，我们计算了Rb $(n=35, l\ge 3)$ Rydberg简并流形的电子结构，分析了绝热电子势的演化.在此，我们集中在三个不同类别的几何结构的里德堡分子，包括对称，不对称和平面配置。这些势能面在外部电场的存在下的变态进行了探讨。
2016-01-19 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement of Two Atoms using Rydberg Blockade
本文回顾了研究团队搭建的利用里德伯原子强相互作用实现光学可分辨距离下中性Rb原子纠缠的装置，梳理了该过程涉及的各环节基础物理原理。
2012-02-23 physics.atom-ph quant-ph
Anomalously enhanced lifetimes of low angular momentum Rydberg states in singly charged alkaline-earth metal ions
Institut für Theoretische Physik and Center for Integrated Quantum Science and Technology, Universität Tübingen（蒂宾根大学理论物理研究所与集成量子科学与技术中心）；School of Physics and Astronomy and Centre for the Mathematics and Theoretical Physics of Quantum Non-Equilibrium Systems, The University of Nottingham（诺丁汉大学物理与天文学学院及量子非平衡系统数学与理论物理中心）
本文发现单电荷碱土金属离子中某些低角动量里德伯态寿命异常增强（因子>8），零温源于偶极矩阵元相消，室温源于能级间距增大，对量子模拟与计算有重要意义。
2026-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Raman Sideband Cooling in Optical Tweezer Arrays for Rydberg Dressing
利用光镊捕获单个中性原子并与里德堡态激光耦合，为量子模拟提供了一个快速、灵活的生成可配置原子阵列的平台。该平台特别适合研究各种几何形状的量子自旋系统。然而，对于需要连续捕获的实验，由捕获势和温度加宽引起的不均匀光位移施加了严重的限制。在这里，我们将展示如何拉曼边带冷却允许一个克服这些限制，因此，准备阶段里德伯敷料镊子阵列。
2020-12-30 physics.atom-ph quant-ph
Hardware-Efficient, Fault-Tolerant Quantum Computation with Rydberg Atoms
中性原子阵列是近年来发展起来的一种量子信息处理平台。这些系统大规模应用的一个重要障碍是执行纠错量子操作的能力。为了纠缠这些系统中的量子比特，原子通常被激发到里德伯态，这可能会衰减或产生各种相关的错误，这些错误无法通过传统的容错量子计算方法直接解决。在这项工作中，我们提供了中性原子量子计算机中这些错误来源的第一个完整表征，并提出了硬件高效，容错的量子计算方案，以减轻它们。值得注意的是，我们开发了一种新的和明显有效的方法来解决与原子量子位衰变到计算子空间之外的状态相关的最重要的错误。与现有的通用方案相比，这些进展使我们能够显着降低容错量子计算的资源成本。我们的协议可以在短期内使用最先进的中性原子平台实现，其中量子比特编码在碱金属和碱土金属原子中。
2022-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Nondestructive cooling of an atomic quantum register via state-insensitive Rydberg interactions
我们提出了一个协议，用于同情冷却中性原子，而不破坏存储在其内部状态的量子信息。这是通过设计携带数据的原子和冷辅助原子之间的状态不敏感的里德伯相互作用来实现的。由此产生的相互作用引起有效的声子耦合，这导致热量从数据原子转移到辅助原子，后者可以通过常规方法冷却。这可以用来延长基于中性原子的量子存储的寿命，并可以应用于长时间的量子计算。该协议也可以修改，以实现数据和辅助原子之间的状态不敏感的相互作用，但数据原子之间的可调和非平凡的相互作用，允许同时冷却和模拟量子自旋模型。
2019-07-28 physics.atom-ph quant-ph
Spatially tunable spin interactions in neutral atom arrays
针对光镊里德堡原子模拟量子模拟器通用性受限的问题，该研究通过双色近共振耦合里德堡对态实现了XYZ模型的空间可调相互作用，为哈密顿量设计提供了新途径。
2022-11-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Graph Coloring via Quantum Optimization on a Rydberg-Qudit Atom Array
Durham University（杜伦大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Strathclyde（思克莱德大学）
利用Rydberg-量子态原子阵列进行量子优化，实现图着色问题的高效求解，可处理色数高达3的图结构。
2025-04-11 physics.atom-ph quant-ph
Laser and microwave spectroscopy of even-parity Rydberg states of neutral ytterbium and Multichannel Quantum Defect Theory analysis
本文介绍了中性$^{174}$ Yb的高偶宇称$6sns\, {}^1 \! S_0$和$6snd\,{}^{3,1}\!D_2$能级的新测量方法。通过从基态$4f^{14}6s^2 \, {}^1 \! S_0$的两步激光激发进行光谱学，并且通过使用场电离方法检测里德伯能级。额外的双光子微波光谱学用于在可能的情况下提高相对能量精度。光谱测量的补充，由多通道量子亏损理论（MQDT）分析的J=0和两个耦合的J=2偶宇称系列。我们将我们的结果与Aymar { \it{et al} } \cite{Aymar_1980}的先前分析进行比较，并分析观察到的差异。根据新的MQDT模型，提出了第一电离限$I_{6s}=50443.07041(25)$ cm $^{-1}$的修正值。
2018-05-25 physics.atom-ph
Multibit C$_k$NOT quantum gates via Rydberg blockade
长程里德伯阻塞相互作用具有在多个原子之间有效实现量子门的潜力。在这里，我们提出并分析了一个协议，用于实现$k$ -原子控制的非（C $_k$ NOT）中性原子门。该门可以使用控制原子的顺序或同时寻址来实现，其分别仅需要$2k+3$或5个Rydberg $π$脉冲。一个详细的误差分析的基础上实现碱金属原子里德堡态的相关提供表明，小于10%的门误差是可能的$k=35$。
2011-07-18 physics.atom-ph quant-ph
Ultrafast dynamics of neutral superexcited Oxygen: A direct measurement of the competition between autoionization and predissociation
利用超快极紫外光脉冲，我们对O_2分子nlσ_g（c^4Σ_u^-）里德堡系列的中性超激发态的弛豫动力学进行了直接测量.一个XUV阿秒脉冲训练被用来创建一个时间本地化的里德伯波包和随后的电子和核动力学探测使用时间延迟飞秒近红外脉冲。我们研究了超激发分子的竞争预解离和自电离机制，发现自电离是占主导地位的低n里德堡态。我们测量了（5s，4d）σ_g和（6s，5d）σ_g里德堡态群的自电离寿命分别为92+/-6fs和180+/-10fs。我们确定了Rydberg系列的ν=0振动能级的有争议的中性离解寿命为1100+/-100fs。
2012-10-15 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum computing with atomic qubits and Rydberg interactions: Progress and challenges
本文综述了中性原子量子比特的量子计算。在概述了制备大型量子位阵列的架构选项和方法之后，我们研究了里德堡介导的门协议以及两个和多个量子位相互作用的保真度。量子模拟和里德伯敷料是基于电路的量子计算的替代方案，用于探索多体量子动力学。我们回顾的敷料相互作用的属性，并提供了一个定量的数字的优点的相干动力学的复杂性，可以访问敷料。最后，我们总结了目前的状况，并展望了未来的进展。
2016-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Floquet-Tailored Rydberg Interactions
本研究利用Floquet频率调制打破里德伯阻塞对原子间距的限制，实现超阻塞半径的纠缠与相干延长，还制备了近距离里德伯反阻塞态，为高性能中性原子量子处理器提供新途径。
2023-11-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Probing a scattering resonance in Rydberg molecules with a Bose-Einstein condensate
本文给出了在玻色-爱因斯坦凝聚体中激发的单个里德伯原子的光谱。我们不仅观察到密度的变化，如Amaldi和Segre在1934年发现的，但一条线的形状，随着主量子数n的变化。谱线增宽精确地取决于里德堡电子与中性原子微扰子的相互作用势能曲线。特别是，我们显示的相关性的三重p波形状共振的里德伯电子Rb（5S）散射，显着修改的相互作用势。在玻色-爱因斯坦凝聚体中，峰值密度为5.5 × 10^14 cm^-3，粒子间距为1300 a0，因此可以在里德堡离子-中性原子间距下探测势能曲线。我们提出了一个简单的微观模型的光谱线的形状处理原子重叠的里德伯轨道为零速度，不相关的，点状粒子，结合能与它们的离子中性分离，并发现良好的协议。
2015-10-23 physics.atom-ph
High-fidelity control and entanglement of Rydberg atom qubits
单个中性原子被激发到里德堡态是量子模拟和量子信息处理的一个很有前途的平台。然而，迄今为止，实验进展一直受到限制的相干时间短，相对较低的门与里德堡激发。我们报道了里德伯原子量子比特的高保真量子控制的进展。通过减少激光相位噪声，我们的方法产生了显着改善个别量子比特的相干性。通过制备保真度超过0.97（3）的双原子纠缠态，并利用双原子动力学解耦协议延长其寿命，我们进一步证明了这种高保真度控制可以扩展到多粒子情形。这些进展为中性原子的可扩展量子模拟和量子计算开辟了新的前景。
2018-06-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Multi-Excitons in Flexible Rydberg Aggregates
柔性里德伯聚集体是由少量里德伯原子在原子定向运动的同时相干地共享电子激发态的聚集体，它作为分子核运动动力学或量子能量输运的量子模拟平台显示出巨大的潜力。在这里，我们研究的额外功能，使一个以上的电子激发的存在下，从而考虑多激子状态。我们描述的情况下，这些可以被分解成潜在的单激子状态，然后提出动力学的情况下，说明激子激子碰撞，激子路由，并在简单的一维设置强非绝热效应的原子运动。
2018-10-27 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg wire gates for universal quantum computation
该研究提出一种面向里德堡原子阵列的门基量子计算方案，以辅助原子作量子线介导数据量子位相互作用，结合单原子寻址构建通用量子门，并给出实验实现的资源估算。
2022-03-03 physics.atom-ph quant-ph
Symmetric Rydberg controlled-Z gates with adiabatic pulses
我们分析了中性原子里德堡$C_Z$门的基础上的绝热脉冲对称地施加到两个原子。利用光滑脉冲波形和Cs原子参数的分析预测，利用绝热快速通过（ARP）脉冲，门可以产生具有保真度${\mathcal F}>0.999$的Bell态。利用全局优化的绝热脉冲波形，在双光子激发过程中，我们产生了具有保真度${\mathcal F}=0.997$的Bell态。该分析充分考虑了中间态和里德伯态的自发发射，包括室温环境中的里德伯寿命，但不包括激光噪声引起的误差。门协议不需要单独寻址，并显示出对由于原子运动的多普勒频移是强大的。
2020-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Motion of Rydberg atoms induced by resonant dipole-dipole interactions
我们证明了里德伯原子的核运动可以由共振偶极-偶极相互作用引起，共振偶极相互作用触发两个能量接近的里德伯态之间的能量转移。原子如何运动以及是否运动取决于它们的初始排列以及初始电子激发。使用混合量子/经典传播方案，我们得到的轨迹和动能的原子，最初安排在一个规则的链和激子本征态准备。研究了非对角无序对原子运动的影响，结果表明，原子排列的不规则性会导致核动力学的加速。
2007-12-21 physics.atom-ph
Coherent and dissipative dynamics of entangled few-body systems of Rydberg atoms
用Lindblad主方程方法对实验观测到的中性原子激发到里德堡态的量子少体动力学进行了数值分析。为此，最多五个铷原子被捕获的光镊，安排在各种二维配置，并激发到里德堡67S态的最近邻封锁制度。它们的相干演化测量随时间变化的基态投影。用林德布拉德方程模型对试验结果进行了分析，并通过系统误差和统计误差分析确定了均匀阻尼和非均匀阻尼。通过对实验结果的模型分析，成功地再现了纠缠系统的相干演化，并给出了与外部校准一致的最佳参数。
2019-02-07 physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic and high-fidelity quantum gates with hybrid Rydberg-Rydberg interactions
里德伯阻塞门是利用中性里德伯原子进行可扩展量子计算的基础。然而，这种门的保真度本质上受到来自里德堡能级移位的封锁误差的限制，这禁止了它的广泛使用。基于暗态绝热过程，提出了一种在同时存在范德华力（vdWsI）和共振偶极-偶极相互作用（DDI）的混合系统中实现无阻塞错误的两原子量子门的新方案.其基本思想依赖于转换两个相互作用的角色，即，DDI作为一个时间相关的可调谐脉冲和vdWsI作为一个可忽略的中间电平移动，只要绝热条件被保留。我们采用了一个优化的超高斯光脉冲$kπ$（$k\gg 1$）面积，并对DDI进行了平滑调谐，构成了一个环形受激拉曼绝热通道，可以鲁棒地保证更快的操作时间$\sim 80ns$以及高效的门保真度$\sim0.9996$。这种理论协议提供了一个灵活的处理复杂的里德伯系统中的混合相互作用，使按需设计的新型有效的里德伯量子门设备。
2019-05-27 physics.atom-ph quant-ph
Imaging the evolution of an ultracold strontium Rydberg gas
用激光冷却的5s 2 1 S 0原子双光子激发产生超冷锶原子5s 48 s 1 S 0或5s 47 d 1D 2里德伯原子云。低轨道角动量（低-l）里德堡态云的自发演化向超冷中性等离子体观察到的成像共振光散射从核心离子，一种技术，提供了空间和时间分辨率。演化被观察到是更快的S-状态，显示各向同性的吸引力的相互作用，比D-状态，表现出各向异性，主要是排斥的相互作用。将原子浸没在稀释的超冷中性等离子体中加速了演化，并允许确定最初产生的里德伯原子的数量。
2012-11-14 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Theory of long range interactions for Rydberg states attached to hyperfine split cores
当原子有一个里德伯电子附着在超精细分裂核态上时，该理论被发展为单原子和双原子相互作用。这种情况是相关的一些稀土和碱土金属原子，已提出的实验里德伯-里德伯相互作用。对于稀土原子，核心电子可以具有非常大的总角动量$J$和非零的核自旋$I$。在碱土金属原子中，有一个单一的核心电子，$s$，其自旋可以耦合到奇数同位素的非零核自旋。由此产生的超精细分裂的核心状态可以导致大量的里德堡系列之间的混合附加到不同的阈值。与碱金属原子的未微扰Rydberg系列相比，不同宇称态的系列微扰和近简并可以导致单原子Rydberg性质（极化率、塞曼混合和分裂等）以及Rydberg-Rydberg相互作用（$C_5$和$C_6$矩阵）的性质不同.
2017-11-28 physics.atom-ph
Quantum information with Rydberg atoms
主量子数量子数n >> 1的里德伯原子具有夸张的原子性质，包括偶极-偶极相互作用的比例为n^4，辐射寿命的比例为n^3。十年前就有人提出利用这些特性在中性原子量子比特之间实现量子门。一个强大的，长距离的相互作用，可以相干地打开和关闭的可用性是一个使资源的广泛的量子信息任务远远超出了原来的门的建议。Rydberg使能的能力包括远程双量子位门、多量子位寄存器的集体编码、鲁棒的光原子量子接口的实现以及模拟量子多体物理的潜力。本文综述了近十年来里德堡介导的量子信息处理的理论和实验研究进展。
2010-05-12 physics.atom-ph quant-ph
Detuning-robust Rydberg entangling gates from echoed pulses
The University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Duke University（杜克大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本研究设计了抗失谐的里德伯纠缠ZZ门，将一阶失谐误差归为单量子比特Z旋转并由回波序列消除，大幅放宽了对激光频率稳定性等的要求，推动中性原子实用容错量子计算发展。
2026-09-04 physics.atom-ph quant-ph
Macroscopic position-position entanglement by photon recoil in Rydberg atoms
Center for Theoretical Physics and School of Physics and Optoelectronic Engineering, Hainan University（海南大学理论物理中心及物理与光电工程学院）
研究通过里德堡阻塞和光子反冲，在两个空间分离的中性原子间实现位置-位置纠缠态，形成贝尔态，纠缠存于原子位置，两位置间距可达百微米量级。
2026-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Trapped arrays of alkaline earth Rydberg atoms in optical tweezers
具有里德伯介导相互作用的中性原子量子比特是开发大规模相干量子系统的领先平台。在迄今为止的大多数实验中，里德伯态没有被限制基态原子的相同势捕获，导致原子损失和对可实现的相互作用时间的限制。在这项工作中，我们证明了里德堡态的碱土金属原子，镱，可以稳定地捕获相同的红色失谐光镊，也限制了基态，通过利用Yb $^+$离子核心的极化率。使用以前未观察到的\tripletS系列，我们证明了捕获的里德伯原子寿命超过$100\,μ$ s，并观察到没有证据的自动或光电离从陷阱光为这些国家。我们测量了$T_2 = 59$和$μ$在两个里德堡能级之间的相干时间，超过了相同条件下未被俘获的里德伯原子的28个$μ$的寿命。这些结果对于延长里德伯原子阵列的相互作用时间进行量子模拟和计算是有希望的，并且对于在循环态或低温环境中利用延长的Rydberg寿命是至关重要的。
2019-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Computing with Circular Rydberg Atoms
里德伯原子阵列是量子计算和模拟的领先平台，它将强相互作用与高度相干的操作和灵活的几何结构相结合。然而，可实现的量子效率受限于里德堡态的有限寿命，以及诸如原子运动等技术缺陷。在这项工作中，我们提出了一种新的方法，里德伯原子阵列使用长寿命的圆形里德伯态的光阱。基于这些状态的极长寿命，在抑制辐射跃迁的低温微波腔中超过几秒，以及对有限原子温度具有鲁棒性的门协议，我们计划使用当前技术可以实现数百个圆形里德伯原子的阵列，其中$10^{-5}$周围具有两个量子位的门误差。这种方法结合了几个关键要素，包括用于圆形里德堡态的量子非破坏检测技术，使用聚焦光束的有质动力势的局部操纵，使用多个圆形水平编码量子位的门协议，以及强大的动态解耦序列，以抑制原子运动中不必要的相互作用和错误。这代表了对中性原子的量子计算和模拟的当前最新技术的显著改进。
2021-03-23 physics.atom-ph quant-ph
Spectroscopy of cold rubidium Rydberg atoms for applications in quantum information
处于高激发态（里德伯态）的原子具有许多独特的性质，这使得它们在量子信息中的应用具有吸引力。这些是大的偶极矩，寿命和极化率，以及里德伯原子之间的强长程相互作用。激光冷却和精密光谱学的实验方法使得能够捕获和操纵单个里德伯原子，并将它们应用于基于光阱中的单个中性原子的量子计算机的量子比特上的量子门的实际实现。本文综述了作者在俄罗斯科学院罗扎诺夫半导体物理研究所和新西伯利亚国立大学进行的关于磁光阱中冷铷里德伯原子的激光和微波光谱及其在量子信息中的可能应用的实验和理论工作。我们还简要回顾了其他团体在这方面所做的研究。
2016-05-24 physics.atom-ph quant-ph
Phonon-mediated spin-spin interactions between trapped Rydberg atoms
我们从理论上研究了在光镊中捕获的中性原子之间产生声子介导的自旋-自旋相互作用的可能性。通过激光将原子耦合到里德伯态，出现了集体运动模式。我们表明，这些可以用来调解有效的自旋-自旋相互作用或量子逻辑门的原子之间的类似方案中所采用的被困离子。特别是，我们采用里德伯敷料在一个新的计划，以诱导所需的相互作用，我们表明，它是可以复制的Mølmer-Sørensen纠缠方案的工作。莫默-索伦森门广泛用于使用捕获离子量子比特的新兴量子计算机中，目前具有任何正在考虑的量子门中最高的量子数。我们发现，即使在非零温度下，两原子态的相干时间演化的任意高保真度。
2020-08-31 physics.atom-ph quant-ph
