Wiring up trapped ions to study aspects of quantum information
人们对开发传输量子信息的方法有很大兴趣。我们讨论了一种通过导线在两个囚禁离子之间传递量子信息的方法。捕获离子的运动在捕获电极中感应振荡电荷。通过将该电流发送到附近的第二个阱的电极,两个阱中的离子的运动被耦合。我们调查静电的设置,其中两个单独捕获的离子通过电浮线耦合。我们还讨论了实验问题,包括退相干的可能来源。
2009-03-23 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
Generally noise-resilient quantum gates for trapped-ions
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
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
Decoherence in a single trapped ion due to engineered reservoir
研究了囚禁离子与工程库耦合后的退相干现象。工程水库模拟随机变化的陷阱频率,和被困离子被视为一个两级系统驱动的远离共振平面波激光场。给出了退相干率与叠加态振幅的关系。
2000-04-18 quant-ph
Quantum Zeno Effect in Trapped Ions
在囚禁离子的背景下,一个“连续测量”的量子芝诺效应(QZE)的预测。我们描述的物理系统,并研究其确切的时间演化显示芝诺现象的出现。提出了振荡系统中QZE发生的新指标,并进行了仔细的讨论。
2001-02-26 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
NOON states in trapped ions
我们展示了如何NOON状态可能产生的离子阱。我们利用光与离子的两个振动模式中的每一个的单独相互作用来纠缠它们。这允许我们生成N=8的NOON态。
2013-04-24 quant-ph
Generation of spin-motion entanglement in a trapped ion using long-wavelength radiation
当驱动内部跃迁时,向捕获的离子施加磁场梯度允许长波长微波辐射对离子的运动产生机械力。我们使用单个捕获的\Yb{171} ~离子证明了这种耦合,并使用它来产生自旋和运动态之间的纠缠,这是使用这种场梯度来实现多量子比特操作的重要一步。
2014-11-13 quant-ph
Laserless trapped-ion quantum simulations without spontaneous scattering using microtrap arrays
我们提出了一个架构和方法,大规模的量子模拟使用超精细态的捕获离子在一个任意布局的微阱阵列与激光相互作用。在每个位置处捕获离子,并且电极结构提供仅使用局部产生的微波和射频场的单个和成对演化算子的应用。在演化过程中避免短暂的原子能级有效地消除了由于自发散射引起的误差;这可能允许基于捕获离子的量子模拟器缩放到比目前估计的大得多的系统。这样的配置也可以特别适合于具有捕获离子簇状态的单向量子计算。
2008-03-13 quant-ph
Materials Challenges for Trapped-Ion Quantum Computers
捕获离子量子信息处理器通过电场将信息存储在自由空间中保持在适当位置的原子离子中。量子逻辑通过使用光和微波信号操纵离子的内部和共享的运动量子态来实现。虽然被捕获的离子在量子增强计算、传感和通信方面表现出很大的潜力,但需要进行材料研究来设计陷阱,通过集成系统组件(包括用于离子量子位控制的光学和电子器件)来提高性能,同时最大限度地减少陷阱电极表面产生的几乎无处不在的电场噪声。在这篇综述中,我们考虑了这种集成系统的材料要求,重点是阻碍当前实际量子计算进展的问题。我们给出了材料科学家和捕获离子技术专家如何共同开发基于材料的集成和噪声缓解策略的建议,以实现下一代捕获离子量子计算机。
2020-09-02 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
Feasibility of a quantum memory for continuous variables based on trapped ions
我们建议使用大量的冷囚禁离子云作为量子光学和量子信息实验的介质。相反,最近实现的量子比特操纵的基础上,一个小数目的捕获和冷却的离子,我们研究的情况下,陷阱包含一个宏观数量的离子。我们特别考虑的实现的量子信息存储在连续变量的量子存储器,并研究了相关的物理参数对系统的预期性能的影响。
2006-07-08 quant-ph
K-quantum Nonlinear Jaynes-Cummings Model in Two Trapped Ions
本文给出了两个囚禁离子与共振在k阶质心模红边带的激光相互作用的k量子非线性Jaynes-Cummings模型。精确的解析解表明存在量子坍缩和两个原子占据的恢复。
2001-06-12 quant-ph
Quantum walk on a line for a trapped ion
我们表明,一个多步量子行走可以实现一个单一的囚禁离子与量子和随机行走之间的插值实现随机化的广义阿达玛抛硬币阶段。量子行走的特征不仅表现在离子的位置上,而且表现在它的声子数上,这使得量子行走的离子阱实现是可行的。
2009-09-23 quant-ph
Quantum invariant-based control of interacting trapped ions
基于不变量的逆向工程是一种优雅的量子控制方法,具有相应的实验实现,其执行量子信息处理中的应用任务,例如穿梭捕获的离子。我们建立在最近的工作,广义不变量为基础的逆向工程控制两个耦合谐振子在任何数量的空间维度。这可以用来执行实验相关的任务,如分离的捕获的离子,这是数值证明,实现超过96%的转移的结晶度,以及低motional数激发。
2021-12-27 quant-ph
Time and spatial parity operations with trapped ions
我们提出了一个物理实现的时间和空间的宇称变换,以及伽利略助推器,在一个陷阱离子量子模拟器。通过将模拟模型嵌入到一个扩大的模拟希尔伯特空间,这些基本的对称操作可以完全实现和测量的离子阱。我们说明了我们的建议与分析和数值技术的原型例子与国家的最先进的捕获离子平台。这些结果为在其他模型和量子平台上实现时空宇称变换铺平了道路。
2015-08-25 quant-ph
Symplectic tomography of nonlinear coherent states of a trapped ion
讨论了Paul阱中离子的压缩旋转正交效应,并结合辛层析成像方法重建离子的量子态。得到了囚禁离子的压缩态、关联态和非线性相干态的求积的边缘分布,并用这些边缘分布明确地表示了Fock基中的密度矩阵。
2019-03-03 quant-ph
An efficient single-step scheme for manipulating quantum information of two trapped ions beyond the Lamb-Dicke limit
基于两离子系统的精确条件量子动力学,提出了一种利用一对同步激光脉冲相干操纵两个冷离子的量子信息的有效的{ \it single-step}方案.既不需要辅助原子能级,也不需要Lamb-Dicke近似。
2005-12-19 quant-ph
Trapped ions in the strong excitation regime: ion interferometry and non--classical states
分析了强激发态下囚禁离子与激光束的相互作用。在这种制度下,各种非经典的运动状态,可以通过使用激光脉冲的明确定义的区域,或通过绝热通道计划的基础上的激光频率的变化。我们展示了如何利用这些状态来研究量子力学的基本性质。我们还研究了这个系统的可能应用,建立一个离子干涉仪。
1995-09-17 quant-ph
A fast scheme for the implementation of the quantum Rabi model with trapped ions
我们展示了如何产生一个快速量子拉比模型与囚禁离子。它的重要性不仅在于加速这些系统可能实现的现象,从量子门到离子振动运动的非经典态的产生,而且还在于减少不必要的影响,如可能出现在这样的系统中的相干性衰减。
2016-08-29 quant-ph
Universal quantum computation in decoherence-free subspaces with hot trapped-ions
我们考虑在集体失相自由子空间中编码的逻辑量子比特上产生一组通用量子门的相互作用,并讨论它们与捕获离子的实现。这允许去除目前捕获离子实验中最大的退相干源,即集体退相。此外,一个明确的参数化的所有两体哈密顿能够产生这样的门,而系统的状态永远退出受保护的子空间。
2007-06-01 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
Individual addressing of trapped ions and coupling of motional and spin states using rf radiation
在静态磁场梯度的存在下,使用射频辐射在频率空间中处理单个电动捕获和激光冷却的离子。此外,运动和自旋状态之间的相互作用,由射频场诱导的表现采用射频光学双共振光谱。这是实现一个新的概念,实现量子模拟和量子计算与捕获离子的两个重要的实验步骤。
2009-02-23 quant-ph
Tripartite GHZ state generation with trapped ion in an optical cavity
我们提出了一个利用囚禁离子同时与共振外激光场和红边带调谐量子化腔场相互作用,在单离子中产生最大纠缠三重GHZ态的方案.除了执行简单和操作时间短之外,GHZ状态生成是无约简的。Pacs:03.67.- a,42.50。p,03.67.Dd
2002-12-17 quant-ph
Improved scheme for generation of vibrational trio coherent states of a trapped ion
我们改进了以前提出的一个方案(Phys.Rev.A66(2002)065401),以产生振动三重相干态的囚禁离子。改进后的版本显示出获得双重优势:(i)它只使用五个而不是八个激光器,(ii)生成过程可以显着更快。
2003-05-14 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
Quantum Stochastic Heating of a Trapped Ion
驻波光场对简谐囚禁离子的共振加热被描述为一个结合了相干薛定谔演化和玻尔-爱因斯坦量子跃迁的量子随机过程。量子和半量子治疗进行了比较。
2007-11-09 quant-ph
Neutral Atoms in Optical Tweezers as Messenger Qubits for Scaling up a Trapped Ion Quantum Computer
提出用光镊穿梭中性原子作为确定性信使,在模块化囚禁离子量子寄存器间执行原子-离子纠缠门,实现比光子互连快两个数量级的远程纠缠。
2025-01-08 quant-ph
Method of quantum computation with ``hot'' trapped ions
提出了一种在囚禁离子量子计算机中实现量子逻辑门的新方法,该方法不需要将离子冷却到其振动质心(CM)模式基态。我们的方案采用了绝热通道和条件相移,这是D 'Helon和Milburn(C.~ D'Helon和G.J.~ Milburn,Phys.Rev.A { \bf 54},5141(1996))。
1998-08-07 quant-ph
Quantum state manipulation of trapped atomic ions
利用激光冷却和囚禁的9Be+离子研究了相干量子态合成和量子逻辑方法。我们创建和表征非经典的运动状态,包括“薛定谔猫”状态。实现了一个基本的量子逻辑门,它使用两个量子化的离子运动状态和两个离子内部状态作为量子比特。我们探讨了一些应用程序,并在实现中存在的问题,量子计算的基础上,多个被困离子。
1997-05-12 quant-ph
Unitary transformation approach for the trapped ion dynamics
本文提出了一种处理单个囚禁离子与激光束相互作用问题的方法,这种方法是基于对哈密顿量的连续幺正变换。这允许对角化的哈密顿量,通过递归关系,而不执行兰姆-迪克近似。
2000-02-25 quant-ph
Strong-coupling quantum logic of trapped ions
基本上所有已知的量子门都依赖于弱耦合近似,导致线性动力学。与明确的例子被困的离子,我们展示了如何高保真度量子门可以实现这样的近似之外,我们推导出易于实现的驱动领域,以实现门极高的结晶度离子以及以外的兰姆-迪克制度与动态温度仅多普勒冷却实现。
2020-03-26 quant-ph
Implementation schemes for unsharp measurements with trapped ions
Unsharp POVM测量允许各种测量应用,最小限度地破坏量子系统的状态。提出了对囚禁离子量子比特能级进行非锐化测量的实验方案。该方案利用标准的离子阱量子逻辑操作,在目标离子和辅助离子的态之间引入弱纠缠,然后通过对辅助原子的投影测量实现非尖锐测量。我们分析了常见的误差来源及其对非锐化测量的不同应用的影响。
2012-11-01 quant-ph
Quantum communication between trapped ions through a dissipative environment
研究了两个囚禁离子与一维库仑晶体轴向声子模的耦合。这个系统在形式上等价于“双自旋玻色子”模型。我们提出了一种在无退相干子空间内动态产生两个离子最大纠缠态的方案。在这里,被捕获离子的声子环境,无论其温度和模式的数量如何,都充当纠缠总线。单重态的有效产生可以用来进行短程量子通信,这对于构建大规模量子计算机是必不可少的。
2008-05-23 quant-ph
Trapped Ion Quantum Information Processing with Squeezed Phonons
被囚禁的离子为量子计算和模拟提供了一个原始的平台,但提高它们的相干性仍然是一个关键的挑战。在这里,我们提出并分析了一种新的策略,以增强相干相互作用的囚禁离子系统通过参数放大的离子的运动-通过压缩集体运动模式(声子),它们介导的自旋-自旋相互作用可以显着增强。我们通过展示它如何增强对量子精密测量有用的集体自旋态,以及它如何提高多离子系统中两个量子比特门的速度和保真度来说明这种方法的力量,这是可扩展的捕获离子量子计算的重要成分。我们的结果也直接相关的许多其他物理平台,其中自旋相互作用是由玻色子介导的。
2019-01-05 quant-ph
Simplified quantum logic with trapped ions
我们描述了一个简化的计划,量子逻辑与收集激光冷却囚禁原子离子。基于Cirac和Zoller的方案,我们展示了如何将离子运动的集体模式和单个离子的内部状态之间的基本受控非门减少到单个激光脉冲,并且可以消除对第三辅助内部电子状态的需要。
1996-12-17 quant-ph
Trapped-Ion Quantum Logic Utilizing Position-Dependent ac Stark Shifts
我们提出了一个方案,利用位置相关的交流斯塔克位移做量子逻辑与囚禁离子。通过适当选择远离共振高斯激光束的方向、位置和大小以及功率和频率,可以将特定的交流斯塔克位移分配给各个离子,使它们在频率空间中可区分。与先前的基于全光的具有捕获离子的量子门相比,本方案使得能够单独寻址单个离子和选择性寻址用于双离子量子门的任何离子对,而不使用紧密聚焦的激光束。此外,与其他退相干源相比,由于非共振激发引起的退相干率可以忽略不计。
2002-06-19 quant-ph
Measuring the mean value of vibrational observables in trapped ion systems
本文报道了一种新的一般方法的理论基础,该方法用于解决囚禁离子系统振动观测量的测量问题。该方法依赖于引入一个简单的电子振动耦合结构,适当地设想将内部离子状态测量结果与感兴趣的运动变量的平均值联系起来。文中给出了一些应用实例并进行了详细的讨论,说明了该方案的可行性和广阔的应用前景。
2002-03-21 quant-ph
Micromotion in trapped atom-ion systems
我们检查谐波近似的有效性,其中的射频离子阱被视为谐波陷阱,在关于一个被困原子和一个单一的被困离子的受控碰撞的问题。这相当于研究微运动的影响,因为这种运动必须被忽略的捕获离子被视为谐振子。应用Cook和Shankland变换,我们发现微运动可以用两个周期振荡算子来表示。为了研究微运动对囚禁原子-离子系统动力学的影响,我们利用数值积分计算了微运动算符的耦合强度,并利用Floquet方法计算了系统的准能量.结果表明,当原子与离子阱之间的距离小于某一特征距离时,微运动是不可忽略的。在此范围内,当考虑到微动时,系统的能量图显著地改变,这对于基于被捕获的原子-离子系统的绝热过程的应用导致不期望的结果。我们提出了一个简单的方案,绕过微动效应,以成功地实现量子控制相位门先前提出的,并创建一个原子-离子大分子。本文提出的方法不仅限于囚禁原子-离子系统,而且可以很容易地应用于研究任何涉及单个囚禁离子的系统中的微动效应。
2012-07-09 quant-ph
Sympathetic Cooling of Trapped Cd+ Isotopes
我们通过直接多普勒冷却114 Cd+离子在同一个陷阱中同情地冷却被捕获的112 Cd+离子。这是第一次演示的光学寻址一个单一的被困离子被同情冷却的不同种类的离子。值得注意的是,该实验使用单个激光源,并且不需要强聚焦。这为减少基于Cd+同位素的离子阱量子计算机中的退相干铺平了道路。
2001-12-14 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
Continued fraction solution to the Raman interaction of a trapped ultracold ion with two traveling wave lasers
超冷离子与两束行波激光的喇曼相互作用在离子阱实验中得到了广泛的应用。在不考虑Lamb-Dicke极限和弱激发区的情况下,我们用连分式方法在没有旋波近似的情况下求解了这种相互作用。发现了离子阱系统的一些有趣的特性,特别是对于弱激发区以外的离子。最后,将我们的结果与旋波近似下的解进行了比较。
2000-12-17 quant-ph
A Cavity-Interfaced Register of Trapped-Ion Qubits with Multi-Second Coherence
Universität Innsbruck(因斯布鲁克大学);Vrije Universiteit Amsterdam(阿姆斯特丹自由大学)
本研究在腔集成离子阱中实现了5个共囚禁离子量子比特的多秒相干性,验证了离子-光子纠缠的多秒存储能力,为构建多量子比特囚禁离子量子处理器网络奠定了基础。
2026-09-15 quant-ph
Quantum interference from remotely trapped ions
我们观察到两个连续的激光激发的单离子发射的光子的量子干涉,独立地被困在不同的真空容器。在两个实验中观察到高对比度的双光子干涉与不同的离子种类,钙和钡。我们的实验结果定量再现布洛赫方程计算。特别是,我们表明,个人的共振荧光光场的相干性是由所观察到的干涉。
2008-10-10 quant-ph
Physical implementation of holonomic quantum computation in decoherence-free subspaces with trapped ions
提出了一种在无退相干子空间中实现完整量子计算的可行方案。通过在指定离子上施加适当的双色激光场,我们能够利用编码DFS中的完整性方案构造两个不可交换的单量子比特门和一个受控相位门。
2006-08-08 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
Floquet-engineered vibrational dynamics in a two-dimensional array of trapped ions
我们展示了Floquet工程在一个基本的但可扩展的2D架构的单独捕获和控制的离子。失谐俘获势的局部参数调制控制了长程离子间耦合的强度和运动态的相关Peierls相位。在我们的原理证明中,我们初始化大相干态并调整调制参数来控制声子流的轨迹,方向和干扰。我们的发现为未来基于Floquet的捕获离子量子模拟器开辟了一条新的途径,目标是相关的拓扑现象和动态规范场。
2019-07-15 quant-ph
Entanglement of Trapped-Ion Clock States
一个莫默-索伦森纠缠门实现了对捕获的$^{111}$镉$^+$离子使用磁场不敏感的“时钟”状态和实现提供降低灵敏度的光学相位漂移。该门用于产生完整的四个纠缠态,这是重建和评估与量子态层析。平均达到0.79的目标状态保真度,由可用的激光功率和技术噪声的限制。纠缠态的层析重建展示了两个离子量子比特的通用量子控制,通过多路复用可以为捕获离子量子计算提供可扩展的架构。
2005-08-16 quant-ph
Revealing non-classical behaviours in the oscillatory motion of a trapped ion
揭示非经典行为的动力学中的一个被困离子通过测量合适的运营商的平均值的可能性报告。特别是,我们专注于被称为“奇偶效应\rq \rq”的表现,它可以被观察到\emph{directly measuring},一个适当的相关算子的期望值。我们的建议的实验可行性进行了讨论。
2002-05-24 quant-ph
Entangling a series of trapped ions by moving cavity bus
多量子比特纠缠是量子信息处理的核心任务之一。在这里,我们提出了一种方法来纠缠一些冷离子(单独捕获在一串微陷阱)的移动腔。该腔被推动以均匀的速度一个接一个地包括离子,因此存储在前离子中的信息可以通过这种移动的腔总线被传递到后离子。由于捕获离子的位置被精确定位,离子-腔相互作用的强度和持续时间可以被精确控制。因此,通过适当地设置相关参数,典型的多离子纠缠态,例如,$W$状态的10个离子,可以确定性地产生。并对该方案的可行性进行了讨论。
2011-06-20 quant-ph
Trapped-ion qutrit spin molecule quantum computer
我们提出了一种在磁场梯度存在下利用囚禁离子的qutrit量子计算机设计。磁场梯度在量子比特之间诱导“自旋-自旋”型耦合,类似于在分子中观察到的J-耦合,这允许条件量子逻辑发生。我们描述了一些细节,如何可以执行特定的一个和两个quutrit量子门,所需的通用quutrit量子计算。
2005-06-03 quant-ph
Linear Mode-Mixing of Phonons with Trapped Ions
我们提出了一种方法来操纵正常模式的囚禁离子链使用只有两个激光器。实验上已经证明被捕获离子的线性链是高度可控的量子系统,具有用于制备、演化和读出的各种精细技术,然而,通常对于量子信息处理应用,人们感兴趣的是使用离子的内部能级作为计算基础。我们分析的情况下,运动的自由度的离子是感兴趣的量子系统,并利用内部水平,以促进相互作用。特别是,我们专注于模式混合的声子在不同的正常模式模拟量子光学等效的分束器的分析。
2016-10-16 quant-ph