Robust Spin Polarization by Adiabatic Dynamical Decoupling
Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪许实验室）；Department of Physical Chemistry, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学物理化学系）；EHU Quantum Center, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学EHU量子中心）；Department of Physical and Astronomy, University College London（伦敦大学学院物理与天文学系）；Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM)（莱布尼茨表面工程研究所）
本研究通过绝热动态去耦实现了室温下金刚石中高保真度的自旋极化，提升了极化效率和共振窗口，为固态量子传感和存储技术提供了新方法。
2025-06-10 quant-ph
Suppressing classical noise in the accelerated geometric phase gate by optimized dynamical decoupling
在量子计算的场景中，几何相位门由于其固有的对干扰的容错性而变得越来越有吸引力。随着绝热循环演化，Berry相似乎实现了几何变换。然而，由于系统误差，在相干时间尺度内尽可能多地执行量子门仍然是一个不方便的瓶颈。本文提出了一种基于Berry相位、无跃迁驱动和动力学解耦的加速绝热量子门。它在存在控制噪声或缺陷的情况下协调了高保真度和高速。我们优化的动态解耦序列在时域下流行的高斯噪声频谱的逆二次幂律。
2022-08-04 quant-ph
Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register
保护耦合量子系统的动力学不受环境的影响是固态量子信息处理的关键挑战。一个空闲的量子比特可以通过动态解耦有效地与外界绝缘，正如最近对单个固态量子比特所证明的那样。然而，在多量子比特门期间保护量子比特相干性提出了一个重要的问题：一般来说，解耦破坏了量子比特间的动态特性，因此与门操作冲突。这个问题在混合系统中尤为突出，其中不同类型的量子比特以截然不同的速率演化和退相干。在这里，我们提出了集成的动态解耦到量子门的一个范例的混合系统，电子核自旋寄存器。我们的设计利用耦合自旋系统中的内共振来解决门操作和解耦之间的冲突。我们实验证明，这些门在室温下工作的两个量子位寄存器的钻石。量子断层扫描显示，门操作中涉及的量子位与空闲量子位一样受到精确保护。我们通过执行Grover的量子搜索算法进一步说明了我们的设计的力量，即使执行时间超过电子自旋退相时间两个数量级，也能实现90%以上的准确性。我们的研究结果直接使不同类型的有前途的固态量子位之间的退相干保护接口门。最终，具有集成去耦的量子门可以使得能够达到利用固态器件的容错量子信息处理的精度阈值。
2012-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence and control of quantum registers based on electronic spin in a nuclear spin bath
我们考虑一个协议，用于控制几个量子位寄存器，包括一个电子自旋嵌入在核自旋浴。我们展示了如何从环境的其余部分中隔离出几个近端核自旋，并将它们用作潜在可扩展的量子信息处理器的构建块。我们描述了如何相干控制技术的基础上磁共振方法可以适应这些电子-核固态自旋系统，不仅提供有效的，高保真度的操作的寄存器，但也从自旋浴去耦。作为一个例子，我们分析了可行的性能和实际的限制，在一个现实的设置与金刚石中的氮空位中心。
2009-01-05 quant-ph
Efficient and robust signal sensing by sequences of adiabatic chirped pulses
我们提出了一个方案，用于感测系统中的振荡场与大的非均匀加宽和驱动场的变化，通过施加序列的相位，绝热，啁啾脉冲。后者充当用于动态解耦的双滤波器，其中在脉冲期间混合角的绝热变化对信号进行整流并且部分地去除频率噪声。脉冲之间的突然变化作为绝热基础中的瞬时$π$脉冲用于附加的噪声抑制。我们还使用脉冲的相位来纠正其他错误，例如，由于非绝热耦合。我们的技术提高了显着的相干时间相比，标准的XY8动态去耦在现实的模拟NV中心与大的不均匀加宽，是适合于实验实现与大量的驱动场的不均匀性。除了理论上的建议，我们还提出了量子传感的钻石中的NV中心的振荡场的原理验证实验结果，表现出优越的性能相比，标准技术。
2020-02-18 quant-ph
Towards Fault Tolerant Adiabatic Quantum Computation
我展示了如何保护绝热量子计算（AQC）对退相干和某些控制错误，使用混合动力学解耦，子系统和稳定器代码，和能量间隙的方法。相应的误差界。作为一个例子，我展示了如何执行退相干保护AQC对本地噪声使用最多两体相互作用。
2008-05-02 quant-ph
Suppression of arbitrary internal coupling in a quantum register
为了实现量子计算机，有必要对所使用的物理系统的哈密顿量进行完全控制。对于NMR量子计算，可以通过脉冲序列来操纵有效作用的哈密顿量。在这里，我们研究一个寄存器组成的N个选择性可寻址的自旋与成对耦合之间的每个自旋对。我们表明，完全解耦的自旋是可能的独立的特定形式的自旋-自旋相互作用。所提出的方法基于正交阵列是有效的，在这个意义上，关于时间和脉冲量的努力只与寄存器的大小N的多项式增加。然而，外部控制误差在不准确的控制脉冲方面的影响最终限制了可实现的精度。
2001-07-10 quant-ph
Towards generation of cat states in trapped ions set-ups via FAQUAD protocols and dynamical decoupling
许多粒子的强纠缠态（如猫态）的高保真生成是一个特别苛刻的挑战。一种方法是在一定的最终时间内尽可能精确地驱动系统，以避免产生不需要的激励。然而，激发也可以通过耗散效应的存在而产生，例如失相。在这里，我们比较了本地绝热和快速准绝热协议在实现高保真度的目标叠加态与无失相的有效性。特别是，我们认为被困离子设置中，每个自旋相互作用与所有其他的均匀耦合强度或幂律耦合。为了减轻失相的影响，我们补充绝热协议与动态解耦，我们测试其有效性。我们研究的协议可以很容易地实现与国家的最先进的技术。
2019-11-03 cond-mat.quant-gas quant-ph
The dynamical-decoupling-based spatiotemporal noise spectroscopy
在这里，我们演示了如何标准的，时间上的，动态解耦为基础的噪声光谱方法可以扩展到也包括空间自由度。这种时空光谱学利用了排列在一条线上的多个量子比特的系统，这些量子比特由于环境噪声而经历纯失相。当量子位由适当协调的$π$脉冲序列驱动时，多量子位寄存器变得与噪声的所有分量解耦，除了由脉冲序列指定的频率和波长表征的那些分量之外。这允许采用用于重建二维谱密度的过程，该二维谱密度量化噪声的空间和时间谐波分量之间的功率分布。
2019-04-18 quant-ph
Universal Behavior of Tunneling Time and Barrier Time-Delay Decoupling in Attoclock Measurements
针对隧穿时延测量的争议问题，本研究发现隧穿时间具有普适解耦特性，提出通过绝热与非绝热隧道电离时延差定义测定势垒隧穿时延的方法，且结果与实验吻合，并验证弱测量极限下势垒时延对应拉莫尔钟时间与势垒内相互作用时间。
2025-01-16 quant-ph
Exact Results on Dynamical Decoupling by $π$-Pulses in Quantum Information Processes
动态解耦的目的在于通过对量子寄存器进行适当的相干控制来抑制退相干。有效地减少了与环境的相互作用。特别地，考虑$π$脉冲的序列。在这里，我们提出了精确的结果上的耦合的量子比特的抑制其环境的优化序列的$π$脉冲。研究了环境谱密度的各种截止值的影响。结果表明，截止越硬，优化脉冲序列的处理效果越好，对于既不完全硬也不很软的截止，我们提倡迭代优化序列。
2008-08-18 quant-ph
Coherence Control of Adiabatic Decoherence in a Three-level Atom with Lambda Configuration
本文研究了利用bang-bang控制技术抑制$Λ$组态三能级原子的绝热退相干。给出了解耦的Bang-Bang操作组，并编程实现了周期性射频孪生脉冲序列的控制过程。此外，我们还研究了非理想情况下的绝热退相干过程，建立了有效抑制绝热退相干的条件。
2004-12-26 quant-ph
Bipartite entanglement in a nuclear spin register mediated by a quasi-free electron spin
该研究利用金刚石中硅空位中心的准自由电子自旋，实现了全连接三核自旋寄存器的控制与二分纠缠，为固态量子网络提供了新方案。
2025-08-07 quant-ph
Randomized Dynamical Decoupling Techniques for Coherent Quantum Control
在量子控制和量子信息处理中，对能够精确操纵量子动力学的策略的需求是普遍存在的。我们研究了两种情况下，随机动态解耦技术变得更加有利，相对于标准的确定性方法在关闭不必要的动态演化在一个封闭的量子系统：当处理解耦周期，涉及大量的控制动作和/或当寻求长时间的量子信息存储。高效的混合解耦方案，结合确定性和随机性的功能进行了讨论，以及依次实施级联的方法，在短时间内应用的好处，其次是一个混合协议，在较长的时间。一个量子寄存器组成的自旋1/2粒子链通过海森堡相互作用的相互作用被用作整个分析的模型。
2006-10-13 quant-ph
Towards quantum error correction with two-body gates for quantum registers based on nitrogen-vacancy centers in diamond
Universität Ulm（乌尔姆大学）
针对金刚石NV中心量子计算硬件，提出确定自适应XY序列生成两体门最优执行时间的方法，平衡保真度与速度，并利用核自旋环境实现色心寄存器内的量子纠错编码。
2025-03-03 quant-ph
Phase-adaptive dynamical decoupling methods for robust spin-spin dynamics in trapped ions
基于捕获离子的量子平台是构建量子硬件的主要候选者，其计算能力大大超过经典设备。在这些设置中的可用控制技术中，脉冲动态解耦（脉冲DD）显示为处理离子寄存器中编码的信息的有用方法，同时最小化它们上的环境噪声。在这项工作中，我们采用了脉冲DD技术，使用随机脉冲相位，或相关的脉冲相位，显着提高纠缠自旋自旋动力学在被困离子的鲁棒性。这个过程最初设想的背景下，核磁共振核自旋检测的目的，在这里，我们证明了同样的原则适用于强大的量子信息处理中的陷阱离子设置。
2021-03-23 quant-ph
Theory of robust multi-qubit non-adiabatic gates for trapped-ions
在量子计算机上执行量子算法的流行方法是将算法分解为通用门的级联，通常是单量子位门和双量子位门。然而，这样的分解导致长的门序列，其在量子位寄存器大小上是指数的。此外，当作用于较大的量子位寄存器时，门的量子数趋于减小。因此，在大量子位寄存器中的高保真实现仍然是一个突出的挑战。在这里，我们提出并研究了多量子比特纠缠门的捕获离子。我们的门一次耦合许多量子位，允许减少使用的门的总数，同时保持高的门保真度。我们的方法采用了所有的正常模式的运动的离子链，这允许操作以外的绝热制度，并在利率相媲美的长期离子捕获频率。此外，我们扩展了我们的方法生成适合于量子模拟的哈密顿量，如最近邻自旋哈密顿量或苏-施里弗-海格尔哈密顿量。
2019-11-08 physics.atom-ph quant-ph
Experimental protection of 2-qubit quantum gates against environmental noise by dynamical decoupling
由不同类型的量子位组成的混合系统如果结合了其组成量子位的有用特性，则有希望用于构建量子计算机。然而，如果一种类型的量子比特比其他量子比特更容易受到环境噪声的影响，它们也会带来额外的挑战。动态解耦可以通过减少由于环境噪声引起的去相干来帮助保护这样的系统，但是保护必须被设计成使得它不干扰驱动逻辑操作的控制字段。在这里，我们测试这样的保护方案的量子寄存器组成的电子和核自旋的氮空位中心的钻石。结果表明，处理与保护是相容的：退相时间几乎延长到电子自旋的纵向弛豫时间所给出的极限。
2015-04-01 quant-ph
Multi-qubit gates protected by adiabaticity and dynamical decoupling applicable to donor qubits in silicon
我们提出了一种生产多量子比特门的策略，保证高保真度，最小的调谐要求。我们的策略结合了绝热定理的间隙保护与动态解耦的互补方式。为了避免简并状态并最大化间隙保护的好处，该方案最适合当存在两种不同类型的量子位（不相互谐振）时。此外，我们需要控制空间中的鲁棒操作点，其中量子位相互作用对噪声几乎不敏感。这允许我们规避阻止块盒动态校正门的No-Go定理[Phys.Rev.A80，032314（2009）]。我们展示了如何将我们的策略应用到Si中的P供体架构中，我们假设我们可以在不同的供体之间穿梭电子。电子自旋充当移动辅助量子位，P核自旋充当长寿命数据量子位。该系统可以具有非常鲁棒的操作点，其中电子自旋在二次斯塔克位移机制中与供体结合。高保真度单量子位门可以使用良好建立的全局磁共振脉冲序列来执行。单电子自旋的制备和测量也得到了证实。把这一切放在一起，我们提出了一个强大的通用量子计算门集。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fidelity of photon-mediated entanglement between remote nuclear-spin multi-qubit registers
本文研究将氮-空位中心光子纠缠架构从氮自旋扩展到每节点多个$^{13}$C核自旋，并通过顺序退相干保护门模拟远程纠缠对生成保真度，论证两种方案原则兼容。
2024-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
A family of [[6k, 2k, 2]] codes for practical, scalable adiabatic quantum computation
在这项工作中，我们引入了一个新的家庭[[6k，2k，2]]码专门设计与绝热量子计算兼容。这些代码支持计算上通用的权重两个逻辑运算符集，特别适合于实现动态解耦误差抑制。对于可嵌入在固定度平面图上的Hamilton算子，我们的编码保持了平面连通图，并且仅将图的度增加了2。这些代码是第一个已知的拥有这些功能。
2014-03-26 quant-ph
The qubit states decoherence in antiferromagnet-based nuclear spin model of quantum register
本文进一步发展了可伸缩量子寄存器的核自旋模型，提出了核自旋为1/2的磁性原子的一维链，取代了核自旋为零的易轴三维反铁磁体中的基本原子。计算了反铁磁基态中核自旋量子比特与虚自旋波相互作用引起的单量子比特态和两个被移除量子比特纠缠态的退相干率以及纵向弛豫率。它也被认为是一个量子比特的绝热退相干，是由核自旋的量子寄存器与核自旋的随机分布的同位素，取代反铁磁体的基本核自旋的相互作用引起的。我们考虑了最终编码的DFS（Decoherence-Free Subspaces）逻辑量子比特构造在四个物理量子比特的簇上，由具有零总角动量的两个状态给出。
2010-03-02 quant-ph
Hybrid scheme for factorization: Factoring 551 using a 3-qubit NMR quantum adiabatic processor
量子处理器在许多计算任务（包括因子分解）上可能优于经典处理器。电路方法以及绝热方法已经被提出并实现，用于找到给定合数的因子。将其扩展到更大数量的主要挑战是无法获得大量量子位。在这里，我们提出了一个混合方案，涉及经典和量子计算，这减少了因子分解所需的量子位数。经典部分涉及建立和部分简化一组逐位因子分解方程，量子部分涉及使用量子绝热过程求解这些耦合方程。我们使用三量子位NMR量子寄存器通过分解551来演示混合方案。
2016-11-16 quant-ph
Exponential optimization of adiabatic quantum-state preparation
针对量子态制备门数随问题规模指数增长的问题，本文基于绝热定理解析特征时间与 Hamiltonian 的关系，并设计预处理项缩短绝热制备时间，从而实现指数级加速。
2025-01-11 quant-ph
Decoherence-free quantum register of nuclear spins in diamond
固态量子寄存器特别适合于在室温下存储量子信息，并且具有较长的相干时间。然而，量子霸权的实际应用需要更长的相干时间，以允许更复杂的算法。在这项工作中，我们提出了一个量子寄存器，位于一个消相干的子空间中实现与钻石中的色心。量子信息被编码在由两个相邻的核自旋组成的两个逻辑状态中，而电子自旋被用作初始化和控制的辅助。此外，通过调谐离轴磁场，我们能够实现非核自旋保持跃迁，我们使用该跃迁通过激励拉曼绝热通道来准备寄存器。此外，我们使用这个序列来操纵量子寄存器和单个核自旋。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Precise control of entanglement in multinuclear spin registers coupled to defects
针对色心多体量子系统中因始终开启的超精细相互作用难以精确控制纠缠的挑战，提出一种通用理论框架以量化和控制任意大小核自旋寄存器的纠缠生成，并利用动力学解耦序列实现快速多体门操作，高保真度制备了量子纠错纠缠态。
2022-05-17 quant-ph
Performance of a measurement-driven 'adiabatic-like' quantum 3-SAT solver
我描述了一个量子方法来解决3-可满足性（3-SAT），在计算机科学中众所周知的问题。该方法是基于反复测量的真值的条款形成的3-SAT命题使用非正交的基础。如果基础缓慢地演化，那么就有一个与绝热量子计算的强烈类比，尽管这种方法完全是基于电路的。为了解决n个变量的3-SAT问题，需要$n$量子位的量子寄存器，或者更准确地说，需要rebit，即相位仅需要为实数的量子位。对于高达n=26量子比特的情况，数值模拟表明该算法运行速度快，优于Grover算法，并且具有优于最佳报道的经典算法的n的缩放。有迹象表明，该方法具有固有的鲁棒性与不完善的基本操作。
2015-09-02 quant-ph
Fast initialization of a high-fidelity quantum register using optical superlattices
我们提出了一种快速产生可寻址量子位的量子寄存器的方法，该寄存器由存储在光晶格中的超冷原子组成。从半填充晶格开始，我们去除每隔一个晶格势垒，通过动态地打开超晶格电势，这导致具有单位填充的莫特绝缘体状态中的长波长晶格。由此产生的晶格的更大周期性可以使通过外部激光对原子进行单独寻址成为可能。我们发展了一个玻色-哈伯德模型，用于描述通过加入超晶格势使晶格周期加倍时，晶格中冷原子的动力学。从一个半填充到一个半填充的晶格的过渡的动力学进行了数值分析的帮助下的时间演化块抽取算法和分析使用Kibble-Zurek理论。我们表明，整个过程的时间尺度，即创建半满晶格和随后的晶格周期加倍，是显着快于绝热直接量子冻结成莫特绝缘体的大晶格周期的超流体。因此，我们的方法在快速时间尺度上提供了可寻址量子位的高保真度量子寄存器。
2007-06-11 cond-mat.other quant-ph
Adiabatic Quantum Phase Estimation
Center for Theoretical Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院理论物理中心）；Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院机械工程系）
本文提出了一种简单的绝热协议，用于量子相位估计，实现了最优的海森堡极限缩放，同时在精度和失败概率上具有鲁棒性。
2026-05-21 quant-ph
Adiabatic information transport in the presence of decoherence
我们研究了离散位置之间的绝热布居转移。与光学系统中的STIRAP密切相关，这种传输是相干的，并且对实验参数的变化具有鲁棒性。由于这些性质，该方案是一个很有前途的候选传输量子信息在量子计算。我们研究了空间注册的噪声源对量子输运的影响，特别是通过非局域耦合到附近的量子点接触，作为信息读出模型马尔可夫退相干。我们发现，由空间叠加经历的退相干率最初增长与空间分离，但令人惊讶的是，然后高原。此外，我们包括非马尔可夫效应，由于耦合到附近的两个级别的系统，我们发现，虽然人口运输表现出鲁棒性的存在下，这两种类型的噪声源，运输的空间叠加表现出严重的脆弱性。
2007-11-11 quant-ph
Decoupling Nuclear Spins via Interaction-Induced Freezing in Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
本文提出一种通过以不等拉比频率同时驱动电子与核自旋来实现NV中心核自旋冻结的协议，有效隔离电磁噪声并抑制量子关联，从而延长核自旋量子存储器的存储时间。
2023-02-02 quant-ph
Robust two-state swap by stimulated Raman adiabatic passage
量子态的有效初始化和操纵对于许多应用是重要的，并且它通常需要执行量子态的群体的高保真度和鲁棒交换的能力。受激拉曼绝热通过（STIRAP）已被称为执行一个三能级系统的基态人口的有效和强大的反转。然而，它的性能是敏感的系统的初始状态。在这方面的贡献，我们证明了一个轻微的修改STIRAP，我们引入了一个非零的单光子失谐，允许有效和强大的人口交换的任何初始状态。我们的研究结果对于利用双光子相互作用在基态量子比特中实现高效、稳健的态制备、动态解耦以及量子门的设计具有重要意义。
2022-12-29 quant-ph
Non-adiabatic holonomic quantum computation in linear system-bath coupling
无退相干子空间中的非绝热完整量子计算可以保护量子信息不受控制不精确和退相干的影响。对于每个量子比特都有自己的量子浴的非集体退相干，我们给出了两个不可交换的完整单量子比特门和一个完整非平凡的两量子比特门的实现，它们在退耦合群的无退相干子空间中构成了一个非绝热完整量子门的普适集合，编码率为$\frac{N-2}{N}$ .该方案对控制不精确性和非集体退相干具有鲁棒性，并且其非绝热特性确保了更少的操作时间。我们证明，我们提出的方案可以实现仅利用两个量子比特的相互作用，而不是多量子比特的相互作用。我们的结果降低了完整量子计算在实验中实际实现的复杂性。我们还讨论了我们的方案在耦合微腔中的物理实现。
2015-12-31 quant-ph
Dynamical decoupling protocols with nuclear spin state selectivity
初始化核自旋的能力是量子计算和模拟以及磁共振光谱和成像中使用的许多协议的关键要求，核自旋通常即使在低温下也处于混合状态。然而，它仍然是一项具有挑战性的任务，通常涉及复杂和低效的协议，限制了随后操作的保真度或测量灵敏度。我们在这里介绍了一类动态核自旋状态选择（DNSS）协议，当应用到一个极化的电子自旋，如氮空位（NV）在金刚石中心，允许选定的混合物的核状态的地址。它的工作原理是将基本的本征态分裂成两个不同的对称性，这两个对称性取决于核自旋态，而与电子-核耦合强度无关。作为一个特定的例子，我们表明，DNSS是通过简单地引入一个失谐在共同的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）协议，其中的状态选择，然后控制脉冲间的间隔。这种方法在核寄存器的超高保真初始化、系综极化和核的单门操纵方面具有优势。
2018-09-29 quant-ph
Quantum dynamical decoupling by shaking the close environment
量子动力学解耦是通过施加一系列快速驱动来消除两个系统之间的有效耦合的过程，在该过程中，耦合哈密顿量平均到首阶。它的一个突出用途是驱动目标系统，使其与保护较少的系统解耦。本手稿调查的双重战略：作用于一个嘈杂的“环境”子系统，如从目标系统解耦。潜在的优点是，对环境的动作与系统操作互换，并且解耦致动中的不精确性对目标无害。我们考虑两个版本的环境侧解耦：添加一个不精确的哈密顿驱动器，搅拌的环境组件;和，增加对环境的退相干率。后者可以被视为纯粹的噪音驱动环境，我们的结论建立了如何，也许违反直觉，尽可能地将环境与噪音源隔离往往不是最好的选择。我们明确地分析了目标系统上的诱导退相干，并建立了在这两种情况下，它是如何受到参数的影响。分析结合Lindbladian推导，绝热消除，Floquet建模的方式，可能是独立的利益。
2022-01-24 quant-ph
Adiabatic Quantum Simulators
在他1981年的著名演讲中，费曼提出，与经典计算机不同，在模拟量子现象时可能会经历指数级减速，通用量子模拟器不会。理想的量子模拟器应该是可控的，并使用现有技术构建。在某些情况下，远离基于门模型的量子计算实现可以为特定的实验实现提供更可行的解决方案。在这里，我们考虑一个绝热量子模拟器，它模拟的基态属性的稀疏哈密顿组成的一个和两个本地的相互作用项，使用稀疏哈密顿至多三个本地的相互作用。这种哈密顿量的性质可以很好地近似为只包含两个局部项的哈密顿量。保持模拟的基态的寄存器与探测量子位相互作用，然后对探测进行单个非绝热门操作，然后进行自由演化直到测量。这允许恢复例如被模拟的哈密顿量的基态能量。给定一个基态，该方案可以用来验证QMA完全问题的哈密顿量，因此可能比经典计算更强大。
2013-12-03 quant-ph
Demonstrating the decoupling regime of the electron-phonon interaction in a quantum dot using chirped optical excitation
用啁啾激光脉冲激发半导体量子点允许通过快速绝热通过产生激子。在量子点中，这一过程可能会受到声子耦合的极大阻碍。在这里，我们添加一个高啁啾率的超短激光脉冲，并使用这些脉冲来激发一个单一的量子点。我们表明，我们进入一个制度，激子-声子耦合是有效的小脉冲面积，而较高的脉冲面积的激子从声子的去耦发生。因此，我们发现一个快速绝热通道的再现，在类比的拉比旋转在高脉冲区域的预测再现。测量结果与理论计算符合得很好。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Performance of quantum registers in diamond in the presence of spin impurities
针对多量子比特寄存器连续门操作性能的研究需求，本文对含自旋杂质的金刚石NV中心小型自旋寄存器开展理论分析，用簇关联展开预测相干性与门保真度，考虑自旋浴的密度与几何影响。
2023-07-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unification and limitations of error suppression techniques for adiabatic quantum computing
虽然绝热量子计算（AQC）对噪声具有一定的内在鲁棒性，但预计大规模计算将需要某种形式的误差控制。为电路模型量子计算开发的错误控制思想不容易转移到AQC模型，迄今为止，在AQC实现过程中有两个主要的建议来抑制错误：能隙保护和动态解耦。在这里，我们表明，这两种方法是根本相关的，可以在同一形式主义进行分析。我们分析了这种错误抑制技术的有效性，并确定关键的限制AQC中的错误抑制的性能，这表明错误抑制本身是不够的容错，大规模的AQC和纠错的形式是必要的。这篇手稿已被文章“绝热量子计算中的误差抑制和误差校正I：技术和挑战”，arXiv：1307.5893和“绝热量子计算中的误差抑制和误差校正II：非平衡动力学”，arXiv：1307.5892所取代。
2013-07-24 quant-ph
A 10-qubit solid-state spin register with quantum memory up to one minute
与固体中的单个缺陷相关联的自旋为量子信息处理和量子网络提供了有希望的量子比特。最近的实验已经证明了长相干时间，高保真操作和长距离纠缠。然而，到目前为止，控制仅限于几个量子比特，演示了三个自旋的纠缠态。由于需要避免串扰并保护整个寄存器的相干性的量子门，实现更大的多量子位寄存器是具有挑战性的。在本文中，我们提出了新的退相干保护门相结合的选择性相位控制驱动的核自旋的电子自旋的动态去耦。我们使用这些门来实现一个10量子比特的量子寄存器，包括一个氮空位中心的电子自旋和9个金刚石核自旋。通过在所有45个可能的量子比特对之间产生纠缠，我们证明了寄存器是完全连接的，并实现了真正的多体纠缠态，最多可达7个量子比特。最后，我们研究寄存器作为一个多量子位存储器。我们展示了高达63（2）秒的相干时间-单个固态量子比特的最长报告-并证明两个量子比特纠缠态可以存储超过10秒。我们的研究结果使得能够控制具有长相干时间的大型量子寄存器，因此为先进的量子算法和具有固态自旋量子位的量子网络打开了大门。
2019-05-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Many-body quantum register for a spin qubit
本文利用半导体量子点中约13000个核自旋形成的多体暗态和单磁振子激发构建量子寄存器，通过130纳秒SWAP门实现电子自旋与核自旋间的量子态转移，验证了完整写入-存储-读取协议，将量子点升级为多量子比特量子节点。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Precise high-fidelity electron-nuclear spin entangling gates in NV centers via hybrid dynamical decoupling sequences
固体中的色心，如金刚石中的氮空位中心，提供了受到良好保护和良好控制的局部电子自旋，可用于各种量子技术。此外，周围自旋核的长相干时间可以通过色心控制鲁棒的量子寄存器。我们设计了脉冲序列协议，驱动电子自旋产生强大的纠缠门与这些核记忆量子位。我们发现，相比单独使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG），Uhrig去耦序列和CPMG和Uhrig序列组成的混合协议提高了这些纠缠门的保真度，自旋控制范围和自旋选择性。我们提供的序列协议的解析表达式，也显示了我们的方法在金刚石中的氮空位中心的数值效果。我们的结果广泛适用于色心弱耦合到一个小数目的核自旋量子比特。
2020-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Further perspective on the theory of heteronuclear decoupling
本文对自旋为1/2的IS系统提出了一个精确的异序解耦一般理论。施加到I自旋的RF辐射通过反转反相磁化的符号来使S自旋反转。一个一对一的对应关系之间的符号$2S_yI_z$和S-自旋耦合演化的意义，与磁化$S_x$重新聚焦时，$\int 2S_yI_z\,dt = 0$。精确的瞬时耦合过程中的任何时间的去耦序列是很容易获得的系统状态，表明创建两个自旋相干性是至关重要的，减少耦合，在重新聚焦过程中所需的。从标准的循环，周期性的复合脉冲和绝热去耦序列的代表性的例子说明了去耦机制。更一般的非周期序列，获得使用最优控制，实现潜在的固有理论显着改善解耦。最近推导出的任何N能级量子系统和经典耦合谐振子系统的动力学之间的等价性提供了对解耦机制的额外见解。
2014-03-25 physics.chem-ph quant-ph
Plug-and-Play Approach to Non-adiabatic Geometric Quantum Gates
非绝热完整量子计算（NHQC）是为了缩短几何量子门的构造时间而发展起来的。然而，以前的NHQC门需要的驱动哈密顿满足一组相当严格的条件，降低了鲁棒性的几何门对控制误差。在这里，我们表明，非绝热几何门可以构造在一个可扩展的方式，称为NHQCtrans，保持灵活性和鲁棒性对某些类型的噪声。因此，这种方法使得有可能将大多数现有的最优控制方法，如动态解耦，复合脉冲，和绝热性的捷径，到单环几何门的建设。此外，这种可扩展的几何量子计算方法可以应用于各种物理平台，如超导量子比特和氮空位中心。具体而言，我们进行了数值模拟，以显示如何在最近的实验实现噪声鲁棒性[物理评论快报。119，140503（2017）; Nat. Photonics 11，309（2017）]可以通过我们的NHQC方法显著改善。这些结果涵盖了一大类结合几何相位和最优控制理论的噪声鲁棒性的新技术。
2019-09-03 quant-ph
Overview of Quantum Memory Protection and Adiabaticity Induction by Fast-Signal Control
量子存储器或信息处理设备受到来自其周围环境的干扰，或者由于其与其他系统的接触而不可避免地泄漏。为了解决这些问题，已经提出了几种用于量子存储器或存储的控制协议。其中，基于外脉冲序列的快速信号控制或动态解耦是抑制退相干、防止目标系统泄漏或扩散的有效方法。本文综述了该协议在非马尔可夫耗散噪声下保护量子存储器和在有限速度绝热通道上保持系统无泄漏等方面的应用。我们分析了泄漏和控制微扰和非微扰动力学方程，包括二阶主方程，量子态扩散方程，和一个组件的主方程Feshbach PQ-分割技术。事实证明，快速调制信号控制的质量对所施加的脉冲序列的配置不敏感。具体地，只要控制序列能够有效地将系统移位到浴截止频率之外，退相干和泄漏将被极大地抑制，几乎与控制序列的细节无关，控制序列可以是理想脉冲、规则矩形脉冲、随机脉冲甚至噪声脉冲。
2014-12-04 quant-ph
One-second coherence for a single electron spin coupled to a multi-qubit nuclear-spin environment
单电子自旋耦合到多个核自旋为量子传感和量子网络提供了有前途的多量子比特寄存器。可获得的控制水平取决于电子自旋能够选择性地与周围的核自旋耦合和解耦的程度。在这里，我们实现了一个相干时间超过一秒的单电子自旋通过去耦序列定制其微观核自旋环境。我们首先使用电子自旋来探测环境，这是由7个单独的和6对耦合的碳13自旋准确描述的。我们开发了碳-13对的初始化、控制和读出，以便直接揭示它们的原子结构。然后，我们利用这一知识，通过小心地避免不必要的相互作用，将量子态存储超过一秒。这些结果为复杂多自旋系统的量子传感提供了原理证明，并为具有长相干时间的多量子比特量子寄存器提供了机会。
2018-01-03 quant-ph
Coherent spin qubit shuttling through germanium quantum dots
本研究展示在锗量子点中，自旋量子比特可穿梭超过300微米并保持相干性，为寄存器内路由及寄存器间量子链路提供有效方法。
2023-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Arbitrary Nuclear Spin Gates in Diamond Mediated by a NV-center Electron Spin
我们提出了一个协议，实现任意的N-量子位之间的相互作用的核自旋，并可以直接测量核多体自旋通过适当地使核自旋与氮空位（NV）中心电子自旋相互作用。该方法利用最近推出的动态解耦技术，并表明，对电子自旋的行动是足够的，充分利用核自旋作为强大的量子寄存器。我们的协议是通用的，适用于其他核自旋为基础的平台与电子自旋缺陷作为调解人的情况下，碳化硅。
2017-09-12 quant-ph
Coherent control of a nuclear spin via interactions with a rare-earth ion in the solid-state
固态基质中的单独寻址的Er $^{3+}$离子是用于量子中继器的有前途的资源，因为它们在电信频带中直接发射并且与硅光子器件兼容。虽然Er $^{3+}$电子自旋提供了自旋-光子界面，但辅助核自旋可以实现具有更长存储时间的多量子位寄存器。在这项工作中，我们证明了一个单一的Er $^{3+}$离子的电子自旋和一个单一的$I=1/2$核自旋的固态主机晶体，这是一个偶然定位的质子（$^1$ H）之间的相干耦合。我们使用应用于电子自旋的动态解耦序列来控制核自旋，实现单量子位和双量子位门操作。重要的是，核自旋相干时间超过电子相干时间几个数量级，因为它的磁矩较小。这些结果为长距离量子中继器提供了一条将长寿命核自旋量子寄存器与电信波长发射器相结合的途径。
2022-09-12 quant-ph
Orbit-resolved spectra and dynamical accessibility in multi-register covering Hamiltonians
Instituto de Física Gleb Wataghin, Universidade Estadual de Campinas（坎皮纳斯州立大学格莱布·瓦塔金物理研究所）
该研究针对最小集合覆盖的紧凑多寄存器编码，分析了联合对称性与动力学可达谱结构，给出了多项式绝热运行时间的严格界，未提出量子加速主张。
2026-08-31 quant-ph
Error suppression and error correction in adiabatic quantum computation I: techniques and challenges
绝热量子计算（AQC）具有一定的内在鲁棒性，但对于大规模计算，可能需要某种形式的纠错。为电路模型量子计算开发的错误处理例程不容易转移到AQC模型，因为这些例程通常需要高质量的量子门，这是AQC中通常不允许的资源。在AQC实现过程中，已知有两种主要的技术来抑制误差：能隙保护和动态解耦。在这里，我们表明，这两种方法是密切相关的，可以在同一形式主义进行分析。我们分析了这种误差抑制技术的有效性，并确定关键的限制AQC中的误差抑制的性能，这表明误差抑制本身是不够的大规模，容错AQC和纠错的形式是必要的。我们讨论了在AQC中实施纠错的进展，并列举了几个关键的突出问题。这项工作是“绝热量子计算中的误差抑制和误差校正II：非平衡动力学”的配套文件，它提供了一个动态模型的角度来看，在AQC中的误差抑制和误差校正的技术和限制。在本文中，我们讨论了相同的结果在量子信息的框架内，允许一个直观的讨论编码AQC中的错误抑制和校正。
2013-11-18 quant-ph
Decoupling of Spin Decoherence Paths near Zero Magnetic Field
我们展示了一种方法来量化和操纵核自旋退相干机制，活跃在零到超低磁场。其中包括：（i）由于残余背景场，自旋量子化轴的非绝热切换;（ii）由于$^1$ H和杂原子自旋物种之间的通过键耦合的标量路径，例如部分用作$^1$ H的同位素替代物的$^2$ H。在自由演化条件下，由于$^2$ H引起的标量弛豫可以显著地限制核自旋极化寿命，从而限制零场附近的磁共振过程的范围。它示出了强大的列车的脉冲直流磁场，适用于$π$翻转角到一个或多个自旋物种可能会切换有效的对称性的核自旋哈密顿量，施加解耦或耦合的动态制度的需求。该方法将拓宽超极化生物医学造影剂化合物的光谱和在零场附近使用的超极化程序。
2021-12-16 physics.chem-ph quant-ph
Coherent control of mesoscopic atomic ensembles for quantum information
我们讨论了相干控制介观原子系综的方法，其中原子的数量从一个实验运行到下一个随机变化。所提出的方案是基于绝热通道和里德伯阻塞，并可用于实现一个可扩展的量子寄存器所形成的随机加载的光偶极陷阱的阵列。
2013-10-15 quant-ph
Efficient methods for one-shot quantum communication
我们解决了量子协议的有效实现问题，具有小的通信和纠缠，以及用于编码或解码的短深度电路。我们介绍了两种新的方法来实现这一点，第一种方法涉及两个新版本的凸分裂引理，使用少量的额外资源（与以前的版本相比）和第二种方法的灵感来自于计算机科学中的经典相关采样技术。这些导致了一系列新的后果，如下所述。首先，我们考虑量子解耦的任务，其目的是在n量子位寄存器上应用操作，以便使其独立于不可访问的量子系统。许多以前的作品实现解耦的帮助下，一个随机酉。已知随机幺正可以用大小为O（n \log n）和深度为poly（\log n）的随机电路或基于类似大小和深度的Clifford电路的幺正2-设计来代替。我们表明，给定任何选择的基础，如计算基础，解耦可以实现由一个单一的基向量的基向量。因此，电路以“经典”方式起作用，并且另外使用O（n）个处于最大混合量子态的催化量子位。我们的酉执行加法和乘法模素数，因此实现了O（n \log n）和对数深度的电路大小。这表明，整数乘法（模素数）的电路复杂度是由去耦的最佳电路复杂度下界。接下来，我们构建了一个新的一次性纠缠辅助协议的量子信道编码，实现了近最佳的通信通过一个给定的信道。预共享纠缠的量子比特数比以前的协议中的近最优通信的量子比特数呈指数减小。对于单次量子态再分布，我们也得到了类似的结果。
2019-06-06 quant-ph
