Generally noise-resilient quantum gates for trapped-ions
Imperial College London（帝国理工学院）
提出一种针对囚禁离子链的纠缠门方案，在多种误差源下利用激发态运动实现高保真度操作，包含所有运动模式并增强对加热效应和失谐误差的鲁棒性，助力构建可扩展量子计算机。
2024-04-19 quant-ph
A quantum phase gate implementation for trapped ions in thermal motion
提出了一种利用单驻波激光脉冲实现热运动囚禁离子量子控制相位门的新方案。该方案不采用旋转波近似，而是利用算子的反旋转项。我们还证明了同样的方案可以用来产生最大纠缠态的$N$囚禁离子由一个单一的激光脉冲。
2002-04-30 quant-ph
HyPulse: A Pulse Synthesis Framework for Hybrid Qubit-Oscillator Gates on Trapped-Ion Platform
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
HyPulse 提出了一种硬件感知的脉冲合成与生成框架，通过分阶段架构将脉冲发现与电路组装解耦，提供高保真度的脉冲库以支持混合量子-振子门的脉冲合成。
2026-04-29 cs.ET quant-ph
Error-resistant Single Qubit Gates with Trapped Ions
相干操作构成的单和多量子位量子门与捕获离子的实施证明，对实验参数和固有的不确定性的系统参数的变化是强大的。特别是，使用最优控制理论开发的脉冲被证明是第一次与被困离子。它们的性能作为误差参数的函数进行了系统的研究和比较复合脉冲。
2006-12-13 quant-ph
A simple trapped-ion architecture for high-fidelity Toffoli gates
我们讨论了一个简单的架构，量子Toffoli门实现使用三个被困离子。门，这在原则上可以实现一个单一的激光诱导操作，是有效的，而一般的条件下，是惊人的鲁棒性（在任何实验现实的范围内的值）对失相，加热和随机波动的哈密顿参数。我们提供了一个完整的表征酉和噪声影响的门使用三量子比特量子过程层析成像。
2010-12-08 quant-ph
Quantum gates with "hot" trapped ions
我们提出了一个方案，执行一个基本的两个量子比特门之间的两个被困离子使用原子干涉的想法。与J. I. Cirac和P.Zoller，Phys.Rev.Lett. 74，4091（1995），它不需要激光冷却到运动基态。
1997-12-04 quant-ph
Pulsed force sequences for fast phase-insensitive quantum gates in trapped ions
我们展示了如何创建任意速度之间的被困离子的量子门，使用激光行走波，与完全不敏感的光学相位漂移，只需要冷却到兰姆-迪克制度。我们提出的脉冲序列，满足要求，很容易在实验室中产生。
2013-12-19 quant-ph
Trapped-ion quantum logic gates based on oscillating magnetic fields
振荡磁场和场梯度可以用于实现单量子比特旋转和纠缠多量子比特量子门，用于捕获离子量子信息处理（QIP）。随着在微制造的表面电极陷阱的电流产生的字段，它应该是可能的，以实现门的速度是可比的光诱导门的离子晶体和电极表面之间的现实距离。磁场介导的门有可能显着减少开销的激光束控制和运动状态初始化相比，目前的QIP实验与捕获离子，并将消除自发散射，在激光介导的门退相干的基本来源。
2008-05-14 quant-ph
Two-qubit controlled phase gate based on two nonresonant quantum dots trapped in a coupled-cavity array
提出了一种在非小跳变极限条件下，利用两个耦合光子晶体腔中的两个不同量子点，在经典激光场驱动下实现量子控制相位门的方案.在门操作期间，量子点都不被激发，而系统可以根据量子点的不同状态获得不同的相位。与单量子位操作一起，可以实现双量子位控制的相位门。
2011-04-13 quant-ph
Phase Control of Trapped Ion Quantum Gates
有几种已知的方案用于纠缠捕获的离子量子比特用于大规模量子计算。大多数是基于离子和外部光场之间的相互作用，将捕获离子的内部量子位态耦合到它们的库仑耦合运动。在本文中，我们研究了这些运动门计划的敏感性，通过嘈杂的外部控制领域引入的相位波动，并提出了技术来抑制所产生的相位退相干。
2005-05-27 quant-ph
Quantum controlled phase gate based on two nonresonant quantum dots trapped in two coupled photonic crystal cavities
提出了一种利用两个不同的量子点在两个耦合的光子晶体腔中被捕获并由经典激光场驱动实现双量子比特量子相位门的方案。在门操作期间，腔模和量子点都没有被激发，因此退相干可以被抑制。该系统可以根据量子点的状态获得相位，从而实现可控相位门。
2011-01-15 quant-ph
Spin-dependent forces on trapped ions for phase-stable quantum gates and motional Schrodinger-cat states
用于捕获离子量子逻辑门的FIGH方案使用双色激光场通过“自旋相关力”将内部量子比特态与外部运动耦合。“我们在这种耦合中引入了一个新的自由度，降低了它对相位退相干的敏感性。我们证明了一个单一的捕获$^{111}$镉$^+$离子的双色自旋相关的力量，并显示所产生的“薛定谔猫”运动状态的相位相干性取决于光谱的光场的安排。这直接适用于多个离子上的纠缠门的操作。
2004-11-09 quant-ph
Dissipation-assisted quantum gates with cold trapped ions
结果表明，通过同时施加两个激光场，可以一步实现两个量子比特的相位门和冷囚禁离子的基态之间的SWAP操作。在门操作期间的冷却是可能的，而不干扰计算，并且该方案不需要用于交感冷却的第二离子种类。相反，冷却激光器甚至稳定了系统的期望时间演变。这提供了与离子到共同振动模式的反耦合常数几乎相同数量级的门操作时间。
2002-09-19 quant-ph
Robust, self-consistent, closed-form tomography of quantum logic gates on a trapped ion qubit
我们介绍并实验证明：（1）一个称为“门集层析成像”（GST）的框架，用于自洽地表征黑盒量子器件上的整个量子逻辑门集;（2）一个显式的线性反转门集层析成像（LGST）的封闭形式协议，其可靠性与诸如局部极大似然值等病理无关;以及（3）一种简单的协议，用于在不参考目标门的情况下，基于其预测一组测试实验的良好程度，客观地对断层摄影估计的准确性进行评分。我们使用门集层析术来表征单个捕获离子量子比特上的一组Clifford生成门，并比较（i）标准过程层析术;（ii）线性门集层析术;和（iii）极大似然门集层析术的性能。
2013-10-16 quant-ph
Refocusing two qubit gates with measurements for trapped ions
动态解耦技术是提高栅极耦合度的首选方法。虽然这些方法在降低局部噪声和增加单量子比特操作的可靠性方面产生了非常令人印象深刻的结果，但处理两个量子比特门的噪声更具挑战性。主要的障碍是噪声时间尺度比两个量子比特门本身短，使得重聚焦方法不起作用。我们提出了一种基于测量和反馈的方法来重新聚焦两个量子比特门，这不能通过传统的方法重新聚焦。我们详细分析了这种方法的误差模型，这是相关的囚禁离子量子信息。
2016-04-20 quant-ph
Geometric quantum gate for trapped ions based on optical dipole forces induced by Gaussian laser beams
我们提出了一个量子逻辑门的实现通过内部状态依赖的位移的离子在一个线性的保罗陷阱所造成的光学偶极力。基于系统动力学的一般量子分析，我们考虑碱土金属离子的具体实现。对于实验上真实的参数，可以获得低至$10^{-4}$的门不稳定性。
2004-06-25 quant-ph
Noise Studies of Driven Geometric Phase Gates with Trapped Ions
我们提出了当在受激拉曼跃迁中实现时在[New J.Phys.15，083001（2013）]中引入的捕获离子驱动几何相位门的性能的研究。我们表明，在激光强度波动的存在下，门可以实现低于容错阈值的错误。我们还发现，为了减少由于光子散射低于容错阈值的错误，需要非常强烈的激光束，以允许在拉曼配置中的大失谐，而不影响门速度。
2013-12-11 quant-ph
Single-qubit-gate error below 10^-4 in a trapped ion
对于一个9 Be+俘获离子超精细态量子比特，我们证明了每个随机化单量子比特门的错误概率为2.0（2）x 10^-5，低于通常被认为足以用于容错量子计算的阈值估计10^-4。9 Be+离子被捕获在微制造的表面电极离子阱上方，并利用施加到阱电极的微波进行操纵。实现低单量子比特门错误是构建可扩展量子计算机的重要一步。
2012-04-19 quant-ph
Trapped-Ion Entangling Gates Robust Against Qubit Frequency Errors
纠缠操作是大规模量子信息处理的必要工具，但是随着量子比特数量的增加，实验的不完善性会阻止当前方案达到足够的纠缠度。在这里，它是数字显示如何多色调的标准陷阱离子纠缠门的推广，可以同时对噪声和错误设置的频率的各个量子比特鲁棒。这放松了捕获场所需的均匀性程度，使物理上更大的系统更实用。
2020-04-15 quant-ph
Fast phase gates with trapped ions
我们利用光滑态依赖力实现了快于绝热的双量子比特相位门。力被设计为不留下最终的运动激励，独立于谐波、小振荡极限中的初始运动状态。它们是简单的，明确的时间函数和所需的逻辑相位的门，是基于二次不变量的运动和刘易斯-Riesenfeld阶段的正常模式。
2016-12-02 quant-ph
Implementation of quantum gates and preparation of entangled states in cavity QED with cold trapped ions
提出了一种在单模光腔中利用冷囚禁离子实现量子计算基本门和制备纠缠态的方案。一般的量子计算可以用囚禁离子的运动态和腔态作为量子比特来实现。我们也可以在这样的系统中产生不同种类的纠缠态而不需要态约减，并且可以将量子态从一个阱中的离子转移到另一个阱中的离子。实现我们的计划的实验要求进行了讨论。
2002-07-29 quant-ph
Conditional implementation of a quantum phase gate with distant atoms trapped in different optical cavities
我们提出了一个利用囚禁在不同光腔中的远距离原子有条件实现量子相位门的方案。本方案利用光腔中衰减的偏振光子的量子干涉，在两个相距较远的原子之间有条件地产生所需的量子相位门，而不是原子之间的直接相互作用。该方案只需要线性光学元件和双重符合探测，对量子噪声不敏感。该方案可直接用于制备多个远距离原子的任意量子态。
2004-01-09 quant-ph
Fast cooling of trapped ions using the dynamical Stark shift gate
本文提出了一种基于快速动态斯塔克位移门的囚禁离子激光冷却方案。由于这种冷却方法不包含非共振载流子跃迁，即使在行波光场中也实现了低的最终温度。所提出的方法可以在脉冲或连续模式下操作，并且也适用于在强磁场梯度中使用微波寻址的离子阱。
2006-07-27 quant-ph
Generation of two-mode nonclassical states and a quantum phase gate operation in trapped ion cavity QED
我们提出了一个产生量子系统非经典态的方案，该系统由一维囚禁离子运动和单腔场模组成。我们证明了双模SU（2）薛定谔猫态、纠缠相干态、双模压缩真空态及其叠加态的产生。如果用振动模和腔模分别表示一个量子比特，就可以实现量子相位门。
2002-04-13 quant-ph
Virtual-photon-induced quantum phase gates for two distant atoms trapped in separate cavities
我们提出了一个方案，实现量子门的两个原子被困在遥远的腔连接的光纤。两个分布式量子比特之间的有效长距离耦合是在没有通过光纤的光子的激发和传输的情况下实现的。由于腔模和光纤模从不填充，原子也不经历跃迁，因此当环境中的热光子可以忽略不计时，门操作对退相干效应不敏感。该方案为量子信息处理器的网络化和实现分布式、可扩展的量子计算开辟了广阔的前景。
2012-03-02 quant-ph
Errors in trapped-ion quantum gates due to spontaneous photon scattering
我们分析了在囚禁离子、超精细量子比特、量子门中由于光子从门激光束的自发散射而引起的误差。我们研究了基于受激拉曼跃迁的单量子比特旋转和基于自旋相关的光偶极力的双量子比特纠缠相位门。这种错误之间的比较不同的离子物种目前正在研究可能的量子信息载体。对于这两种门类型，我们表明，与现实的激光功率的散射误差可以降低到低于当前的容错误差阈值的估计。
2007-01-30 quant-ph
Robust entanglement gates for trapped-ion qubits
高保真双量子比特纠缠门在许多量子信息处理任务中起着重要作用，是构建通用量子计算机的必要组成部分。这种高保真度的门已经在捕获离子量子比特上得到了证明，然而，门参数中的控制误差和噪声仍然可能导致保真度降低。在这里，我们提出并证明了一个一般的家庭的两个量子比特纠缠门是强大的不同来源的噪声和控制误差。这些门通过使用多音调驱动器来概括著名的莫尔默-索伦森门。我们在实验上实现了几个拟议的门$^{88}\text{Sr}^{+}$离子被困在一个线性保罗陷阱，并验证了他们的弹性。
2018-05-17 physics.atom-ph quant-ph
Driven Geometric Phase Gates with Trapped Ions
我们描述了一种激光-微波混合方案，用于在囚禁离子的晶体中实现双量子比特几何相位门。所提出的门可以达到低于容错阈值的热，失相，激光相位和微波强度噪声的存在下的错误。此外，我们的建议是技术上要求较低，比以前的计划，因为它不需要一个激光装置与干涉稳定性。激光束被调谐到接近单个振动边带以纠缠量子比特，而强微波驱动为门提供几何特征，从而保护量子比特免受这些不同噪声源的影响。一个彻底的分析和数值研究，这些门的性能在现实的嘈杂制度。
2013-08-05 quant-ph
Tutorial: The trapped-ion qubit toolbox
在本教程中，我们将回顾使用冷捕获原子离子的量子信息处理的基本构建块。我们主要关注单量子比特旋转和双量子比特纠缠门的实现方法，它们形成了一组通用的量子门。描述了不同的离子量子位选择及其相应的门实现。
2011-06-06 quant-ph
Individual addressing of trapped ion qubits with geometric phase gates
提出一种基于运动频率选择囚禁离子量子比特的单独寻址新方案，利用几何相位门结合自旋无关力与自旋相关力执行单量子比特旋转，提高门速度并降低退相干敏感性，在无激光实现中串扰误差低于$10^{-6}$。
2022-06-14 quant-ph
Performance of quantum phase gates with cold trapped atoms
我们研究了在微阱中用冷中性原子实现的量子相位门的性能，当采用非谐陷阱时，有限温度的影响也被考虑在内。发现非谐性和温度都对量子门的性能造成限制。我们提出了一个定量分析的问题，并表明，相位门具有高品质的性能，目前或在不久的将来在实验室中实现的实验值。
2003-12-08 quant-ph
Scalable quantum computation with fast gates in two-dimensional microtrap arrays of trapped ions
我们从理论上研究了在二维微阱结构中使用快脉冲双量子比特门进行囚禁离子量子计算。在一个维度上，这样的快速门是最佳的最近的邻居之间时，我们研究的推广到一个二维的几何形状。我们证明，快速脉冲门能够实现高保真度的纠缠操作离子在相邻的陷阱比捕获周期更快，实验证明激光重复率。值得注意的是，我们发现，在不增加门的持续时间，高保真门是可以实现的，即使在大型阵列与数百个离子。为了证明这个建议的有用性，我们调查这些门的应用程序的40模费米-哈伯德模型的数字模拟。这也证明了为什么连接任意离子对所需的较短的门链使这种几何形状非常适合大规模计算。
2020-07-02 quant-ph
Simulating the flight gate assignment problem on a trapped ion quantum computer
本文在IonQ Aria囚禁离子量子计算机上使用VQE和CVaR求解航班登机口分配问题，通过小规模完整运行和大规模推理实验证明当前及近期量子硬件能以高概率获得良好解。
2023-09-18 quant-ph
On the local equivalence of trapped-ion two-qudit gates
P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所）；Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Steklov Mathematical Institute of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院斯捷克洛夫数学研究所）
通过变换门矩阵的奇异值推导出双量子门局部等价的必要条件，并应用于离子阱中Molmer-Sorensen门和Light-Shift门的局部等价性分析。
2026-06-02 quant-ph
Further quantum-gate methods using selective displacement of trapped ions
我们考虑利用离子的状态选择性位移来设计囚禁离子的量子门。我们推广以前的工作，以治疗任意分离的陷阱。这需要估计库仑相互作用引起的非谐性的影响。我们表明，它的影响总是足够小，允许高保真度。特别地，该方法可以应用于同一阱中的两个离子。我们还表明，非相邻离子之间的门，因此Toffoli（三量子位控制非）门，可以实现。我们讨论了如何将该门应用于编码在无消相干子空间中的逻辑量子比特。|01>，|10>}，其中每对离子存储单个量子位。我们还建议替代自旋回波方法，以抑制不必要的条款的演变。
2004-02-06 quant-ph
Quantum gate in the decoherence-free subspace of trapped ion qubits
我们提出了一个几何相位门在一个无退相干子空间与囚禁离子。将量子信息编码在基态的塞曼子能级中，并与两个物理量子比特组成一个具有超长相干时间的逻辑量子比特。单量子位和双量子位操作以及线性离子晶体的传输和分裂允许一个鲁棒且无退相干的可扩展量子处理器。为了便于相位门的实现，我们同时在四个离子上采用一个拉曼激光场，即没有用于寻址的紧聚焦。在门操作期间和量子信息的传输期间都不留下无消相干子空间。
2010-11-24 quant-ph
Stability thresholds and calculation techniques for fast entangling gates on trapped ions
已经提出了用于捕获离子的快速纠缠门，其比当前实现方式快几个数量级。我们在这里提出了一个详细的分析，在执行一个成功的快速门所涉及的挑战。我们表明，RWA是一个稳定的近似脉冲数：时间尺度上，我们可以忽略在原子频率旋转的条款是可以忽略不计的影响，在快速门的脉冲数。与此相反，我们表明，激光脉冲不稳定性引起的脉冲数依赖的效果，快速门失真与所施加的不完美的脉冲的数量。使用这里提出的降维方法，我们找到了实现两个量子位门保真度阈值所需的脉冲稳定性的界限。
2016-01-13 quant-ph
Robust two-qubit trapped ions gates using spin-dependent squeezing
纠缠门是量子计算机的重要组成部分。然而，以可扩展的方式生成高保真度门仍然是所有量子信息处理平台中的主要挑战。因此，提高这些门的保真度和鲁棒性一直是近年来的研究热点。在捕获离子量子计算机中，纠缠门是通过驱动离子链的正常运动模式来执行的，从而产生自旋相关力。尽管在提高这些门的鲁棒性和模块化方面取得了重大进展，但它们仍然对驱动场强度的噪声敏感。在这里，我们补充了传统的自旋相关的位移与自旋相关的压缩，这使得门是强大的驱动场的振幅偏差。我们解决了一般的哈密顿量和工程分析其频谱。我们还赋予我们的门其他，更传统的，鲁棒性的属性，使其弹性的噪声和不准确的许多实际来源。
2022-07-04 quant-ph
An unconventional geometric phase gate with two nonresonant quantum dots trapped in a photonic crystal cavity
提出了一种利用光子晶体腔中的两个非共振量子点通过非常规几何相位实现双量子比特控制相位门的方案。在该系统中，量子点同时与大失谐腔模和强驱动经典光场相互作用。在门操作期间，量子点不经历跃迁，而腔模式沿着相空间中的闭合路径移位。以这种方式，系统可以获得以量子点的状态为条件的几何相位。在实现单量子比特操作之后，可以构造双量子比特控制的相位门。
2011-06-23 quant-ph
Effective cross-Kerr nonlinearity and robust phase gates with trapped ions
我们推导出一个有效的哈密顿量，它描述了一个系统中的交叉克尔型相互作用，其中包括一个两能级的囚禁离子耦合到腔内的量子化场。我们假设离子和场之间存在很大的失调（色散极限），这导致相互作用汉密尔顿涉及（玻色子）离子振动运动和场数算符的乘积。我们也证明了基于我们的哈密顿量的相位门操作的可行性。该门对自发发射不敏感，自发发射是量子计算实际实现的重要特征。
2005-12-17 quant-ph
Entangling-gate error from coherently displaced motional modes of trapped ions
捕获离子量子计算中的纠缠门主要针对具有初始运动分布的静止离子，所述初始运动分布是热的并且接近于基态。然而，未来的系统将可能由于例如以下原因而引起显著的非热激励，离子传输、更长的操作时间和阱阵列的增加的空间范围。在本文中，我们分析了这种相干运动激发对纠缠门误差的影响，通过对一对被困离子量子比特进行Molmer-Sorenson（MS）门的模拟，其中热激发和相干激发都存在于门开始时的共享运动模式中。我们发现，少量的相干位移显着侵蚀门的性能在实验噪声的存在下，我们证明，只施加有限的控制相位的位移可以抑制这种错误。然后，我们使用的实验数据，从传输离子的MS门误差在现实条件下的相干位移的影响进行分析。
2021-09-10 quant-ph
Quantum computation with trapped ions in strongly detuned optical cavity
提出了一种实现光腔中两个$Λ$离子量子相位门的方案。结果表明，在强失谐光腔中，通过对单个离子进行激光寻址，可以实现量子相位门。进一步证明了通过引入辅助基态可以实现几何量子相位门。
2001-12-10 quant-ph
Entangling gates for trapped-ion quantum computation and quantum simulation
本文综述了囚禁离子量子门的基本原理与最新进展，涵盖1995年Cirac-Zoller方案以来的高保真度门操作及振幅、相位、频率调制等复杂方案，旨在实现快速、鲁棒且多比特适用的纠缠门。
2023-02-04 physics.atom-ph quant-ph
Refocusing two qubit gate noise for trapped ions by composite pulses
振幅噪声是影响双量子比特随机项的主要因素之一，它是影响高保真度两体门在容错阈值以下实现的主要障碍。这种噪声很难重新聚焦，因为任何重新聚焦技术只能处理频率低于操作速率的噪声。由于两个量子比特门速度通常是系统中最慢的速率，因此它构成了实现低于容错阈值的门的最后瓶颈。在这里，我们建议使用复合脉冲作为一种动态解耦的方法，以减少两个量子比特的门噪声的囚禁离子系统。这是通过重新聚焦超快纠缠门的构建块来完成的，其中振幅噪声被降低到拍摄到拍摄（STS）噪声。我们提出了详细的模拟表明，容错阈值可以实现所提出的方法。
2016-01-29 quant-ph
High Fidelity Quantum Gates for Trapped Ions under Micromotion
二维或三维Paul陷阱可以限制大量的离子形成Wigner晶体，这将为可扩展的量子计算提供理想的架构，除了微动，微动被广泛认为是高保真量子门的杀手。令人惊讶的是，在这里，我们表明，微动是不是一个障碍，在所有的高保真度量子门的设计，即使微动的幅度是显着超出了兰姆-迪克条件的要求。通过精确求解量子Mathieu方程，以四极Paul阱中的两个离子为例，说明了微动条件下门的设计原理。提出的微动量子门可以推广到多离子情况，为可扩展的囚禁离子量子计算开辟了新的途径。
2014-03-29 quant-ph
Mølmer-Sørensen gates in trapped-ions chains in the presence of correlated noise
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；National Research Nuclear University MEPhI（国立核研究医科大学MEPhI）
通过微扰理论分析相关激光频率噪声对不同长度离子阱链中Mølmer-Sørensen门保真度的影响，发现中频噪声的影响强烈依赖于离子位置，而低频噪声影响相似。
2026-06-24 quant-ph
Fast quantum logic gates with trapped ions interacting with external laser and quantized cavity field beyond the Lamb-Dicke regime
提出了一种利用单色光场和量子化腔场相互作用操纵囚禁离子实现量子逻辑门的方案。对于非共振激光脉冲或量子化腔场实现离子态跃迁的特征时间，当Lamb-Dicke参数值为大的$η_{L}=η_{c}=0.2$时，特征时间急剧下降，并且随着初始态振动量子数$m$的增加，特征时间进一步减小.
2003-02-27 quant-ph
Trapped-Ion Multiqubit Gates are Compatible with Scalable Quantum Error Correction
Quantum Art Ltd（量子艺术有限公司）；Department of Physics of Complex Systems, Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所复杂物理系）
本文通过构建多量子比特门的微观噪声模型，分析噪声特性并评估基于旋转表面码的量子纠错方案的可扩展性。
2026-05-27 quant-ph
A Study on Fast Gates for Large-Scale Quantum Simulation with Trapped Ions
大规模数字量子模拟需要数千个基本纠缠门来构建模拟动力学。尽管在各种小规模模拟中取得了成功，但量子信息处理平台迄今未能展示出系统地优于经典模拟器所需的精确控制和可扩展性的组合。我们分析了如何快速的门可以使捕获离子量子处理器实现必要的可扩展性，以超越经典计算机而无需纠错。我们分析了一个大规模的数字模拟器的性能，并发现，保真度约为70%是可实现的π脉冲不稳定性低于$10^{-5}$在陷阱受到现实率的加热和退相。这种可扩展性依赖于快速门：纠缠门比陷阱周期更快。
2017-04-30 quant-ph
Entangling quantum gate in trapped ions via Rydberg blockade
本文从理论上分析了利用离子里德伯态间的偶极相互作用在两个囚禁的Ca $^+$离子间实现纠缠量子门的方法。在非均匀电场中，由于电子自由度和振动自由度之间的强耦合，囚禁离子的里德伯激发动力学通常受到机械力的强烈影响。我们证明，这种有害的影响可以克服通过使用出现从附近的里德伯态的微波耦合的修饰状态。同时，这些修饰态表现出长程偶极相互作用，我们用它来实现一个可控的绝热相位门。我们的研究突出了一条通往囚禁离子量子处理器的路线，其中量子门独立于振动模式实现。
2013-06-25 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of a dressed-state phase gate for trapped ions
我们演示了Bermudez等人提出的捕获离子纠缠门方案。[Phys. Rev. A 85，040302（2012）]。强载流子和单边带跃迁的同时激发使得能够确定性地产生纠缠态。该方法适用于磁场不敏感状态，对热激发是鲁棒的，包括从量子位退相误差的动态解耦，并且与具有捕获离子的一些其他纠缠门相比，在实验实现中提供了简化。我们实现了0.974（4）的贝尔态保真度，并确定了主要的误差来源。
2013-04-23 physics.atom-ph quant-ph
Micromotion-Enhanced Fast Entangling Gates For Trapped Ion Quantum Computing
捕获离子系统中的RF引起的微运动通常被最小化或规避，以避免绝热过程（例如多离子门操作）的非共振耦合。非绝热纠缠门（所谓的“快速门”）不需要特定运动边带的分辨率，因此不限于比捕获周期更长的时间尺度。我们发现，设计用于无微动环境的快速门在微动的存在下显着降低了保真度。我们表明，当快速门的设计考虑到RF引起的微动，他们可以，事实上，在没有微动的情况下，执行快门。由于激光引起的状态相关力引起能量偏移，该能量偏移被产生微运动的状态无关力放大。这种增强存在于所有捕获参数中，并且对实验误差的现实来源具有鲁棒性。这一结果为可扩展的2D架构上的快速双量子位纠缠门铺平了道路，其中微动必须存在于至少一个离子间轴上。
2020-02-24 quant-ph
Quantum gate teleportation between separated qubits in a trapped-ion processor
大规模量子计算机将需要在相距甚远的量子位之间进行量子门操作。实现这种操作的方法，称为量子门隐形传态（QGT），只需要本地操作，经典通信和共享纠缠。我们证明了QGT在一个可扩展的架构，通过确定性地传送控制非（CNOT）门之间的两个量子位在空间上分离的位置在离子阱。在95%的置信水平下，我们传送的CNOT的纠缠保真度在[0.845，0.872]区间内。该实现将离子穿梭与单独寻址的单量子位旋转和检测，相同和混合物种的双量子位门以及实时条件操作相结合，从而展示了用于缩放结合在单个设备中的捕获离子量子计算机的基本工具。
2019-08-19 quant-ph
Gate fidelity, dephasing, and "magic" trapping of optically trapped neutral atom
门操作的保真度和被囚禁在光偶极阱中的中性原子的相干时间是应用的优点。囚禁原子的运动是影响门保真度和相干时间的关键因素之一。在分析这种影响时，将该运动视为经典振子。这里我们把原子的运动看作量子振荡器。在分析量子门的保真度和退相干时，考虑了原子振动态的布居数。我们表明，相干旋转门的保真度是显着的热囚禁原子的温度限制。我们还证明了如果微分频移稳定且振动态不发生变化，则由于原子热运动引起的两个超精细态之间的退相可以自然地再相位化。还讨论了陷阱激光强度起伏引起的退相干。通过将原子冷却到振动基态和/或使用蓝失谐陷阱，可以显著提高门保真度和相干时间。更重要的是，我们提出了一个“魔术”的捕获条件，准备原子进入特定的振动状态。
2022-08-01 quant-ph
