Decoherence-protected entangling gates in a silicon carbide quantum node
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究在硅碳中实现去相干保护的纠缠门，通过动态去耦与超精细相互作用结合，制备高保真度纠缠态，推动量子节点发展。
2026-02-03 quant-ph
Local gradient optimization of leakage-suppressing entangling sequences
我们使用一个基于梯度的优化方案，以找到单量子比特旋转交织在一个嘈杂的逻辑两量子比特纠缠门的时间步长之间，以抑制任意的逻辑和泄漏错误的两量子比特门。我们展示了序列保真度如何受到单量子位操作中的缺陷以及逻辑和泄漏噪声的各种相对强度的影响。我们的方法是完全通用的和系统无关的，允许应用到任何两个量子比特系统，无论实验实施细节。
2020-07-17 quant-ph
Approximate exchange-only entangling gates for the three-spin-$1/2$ decoherence-free subsystem
三自旋- $1/2$无消相干子系统定义了受集体噪声保护的逻辑量子比特，并支持仅交换通用门。这样的逻辑量子比特非常适合于利用电定义的量子点来实现。精确的仅交换纠缠逻辑门存在，但构建和理解具有挑战性。我们使用解耦策略来获得简单的近似纠缠门。该策略的一个好处是，如果物理自旋对齐，那么它可以在纠缠哈密顿量下实现进化。可以直接实现可表示为不涉及$σ_y$的逻辑泡利乘积的线性组合的哈密顿算子。可以从这些哈密顿量构造的自逆门，例如CNOT，可以在不假设物理自旋的情况下实现。我们比较了控制复杂性的实现CNOT以前的方法，并发现，复杂的容错性能是有竞争力的。
2019-03-29 quant-ph
Geometric entangling gates for coupled cavity system in decoherence-free subspaces
提出了一种在无退相干子空间的耦合腔系统中实现两个逻辑量子比特的几何纠缠门的方案。每个逻辑量子比特由两个囚禁在单个腔中的原子编码，通过腔耦合和控制外部经典激光场来实现几何纠缠门。该方案基于耦合腔系统，允许量子计算的可扩展性，并放宽了对原子单独寻址的要求。
2011-12-14 quant-ph
Tomography of entangling two-qubit logic operations in exchange-coupled donor electron spin qubits
本文在硅中弱交换耦合的磷施主电子自旋系统中演示了通用单、双量子比特门，通过门集层析成像量化操作保真度，并成功创建了保真度约93%的纠缠贝尔态，为扩展基于施主的量子计算机奠定了基础。
2025-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Error-correcting one-way quantum computation with global entangling gates
我们提出了一种单向量子计算（1WQC）的方法，可以通过将驻留在物理量子位上的逻辑信息编码为五量子位纠错码状态来补偿单量子位错误。一个逻辑的两量子比特簇态是编码的量子隐形传态的基本资源，然后描述了一个图状态包含10个顶点与常数度7。包含纠错的通用1WQC只需要这个逻辑两量子位状态和逻辑四量子位线性簇状态的多个副本，这些副本只在使用之前准备，以最大限度地减少错误的积累。我们建议如何实现这种方法在系统的特点是量子比特在规则的二维晶格的纠缠门一般是全球性的操作，如原子在光晶格，量子点，或超导量子比特。
2009-08-05 quant-ph
Design and optimisation of quantum logic circuits for a three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm implemented with optically-controlled, solid-state quantum logic gates
我们分析了量子逻辑电路的设计和优化，适用于基于光控固态量子逻辑门的三量子比特量子计算原型的实验演示。在这些门中，由供体的电子自旋携带的两个量子比特之间的相互作用由放置在它们附近的控制粒子的光激发介导。首先，我们用几何方法分析这些量子门的纠缠特性。然后，使用遗传编程算法，我们开发电路的改进Deutsch-Jozsa算法调查不同的策略，以获得短的总计算时间。我们测试了两种不同的方法，基于使用不同的纠缠门与最短的门计算时间，然而，不引入泄漏的量子信息的控制粒子。第一组利用控制相位门的快速近似作为纠缠门，而另一个任意纠缠门与第一组相比具有更短的门计算时间。我们已经确定了电路，始终较短的总计算时间时，使用受控相位门。
2009-10-09 quant-ph
An Abstract Model and Efficient Routing for Logical Entangling Gates on Zoned Neutral Atom Architectures
本文针对分区中性原子量子架构，提出抽象模型与高效路由方法以最大化纠缠门并行性并降低路由开销，并实现开源工具NALAC验证其显著优于朴素方法。
2024-07-29 cs.ET quant-ph
Entangling Dipole-Dipole Interactions and Quantum Logic in Optical Lattices
研究了在三维光晶格中利用偶极-偶极相互作用产生中性原子多粒子纠缠的方法。对于紧束缚的原子，偶极相互作用能可以远大于光子散射率，并且在退相干发生之前可以实现两原子态的相干演化。偶极的激发可以根据原子的状态而定，从而允许确定性地产生纠缠。我们推导出选择规则和偶极-偶极相互作用矩阵元的品质因数，碱金属原子具有超精细结构，并被困在局域化的质心状态。提出了用于实现双量子位量子逻辑门（诸如受控相位门和交换门）的不同协议。我们分析了我们的门设计的保真度，不完美的，由于从合作自发发射和相干耦合的逻辑基础之外的退相干。轮廓扩展我们的模型，包括完整的分子相互作用潜力进行了讨论。
1999-10-07 quant-ph
Entangling four logical qubits beyond break-even in a nonlocal code
本文在 Quantinuum H2 上用 $[\\![25,4,3]\\!]$ 非局域 qLDPC 码编码四逻辑量子比特 GHZ 态，并以交换门实现逻辑纠缠，保真度超过未纠错物理方案及盈亏平衡点。
2024-08-05 quant-ph
Entangling logical qubits without physical operations
Harvard University（哈佛大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University of Maryland（马里兰大学）；National Institute of Standards and Technology（国家标准与技术研究院）
本研究提出幻影码，通过重新标记物理量子比特实现逻辑量子比特的无物理操作纠缠，展示了其在多个量子计算任务中的高保真度和可扩展优势。
2026-01-28 quant-ph
Entangling quantum logic gates in neutral atoms via the microwave-driven spin-flip blockade
针对中性原子量子比特，本文提出利用Rydberg缀饰辅助态和微波驱动自旋翻转阻塞实现高保真两量子比特纠缠门，并证明中等阻塞区域可提升速度、降低衰减且增强抗噪性。
2024-01-17 quant-ph
Entangling two qudits of arbitrary dimension through light-atomic Faraday interaction
Saint-Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
本研究针对携带轨道角动量的光场态与原子集体自旋相干态编码的两个任意维度量子比特，提出基于两次法拉第相互作用及正交分量旋转的协议生成多种纠缠操作，且均可表示为d维SWAP门的有理幂次，并计算了不同维度与纠缠能力下的变换概率。
2026-08-21 quant-ph
Local Gradient Optimization of Modular Entangling Sequences
逻辑纠缠门的实现是实现量子计算机的重要一步。我们使用基于梯度的优化方法来找到单量子比特旋转，这些旋转可以在噪声非局部门的应用之间交错，以显着抑制任意逻辑错误，同时将演化算子转向SU（4）门的完美纠缠子集。该方法的模块化允许应用于任何双量子比特系统，而不管实验实现的哈密顿量或细节。该方法对于准静态和时间相关的$1/f^α$噪声都是有效的。我们还展示了最终操作的保真度如何取决于局部旋转的保真度和噪声强度。
2018-04-24 quant-ph
Robust photon-mediated entangling gates between quantum dot spin qubits
单电子硅自旋量子比特的重大实验进展为实现微波光子介导的远程纠缠门提供了可能性。然而，最近提出的iSWAP门需要将量子位能量调谐到谐振，并且由于电荷噪声而具有有限的保真度。我们提出了一种新的光子介导的交叉共振门，是符合现实的实验能力，不需要谐振调谐。此外，我们提出的门序列能够抑制由于准静态噪声的交叉谐振和iSWAP门的错误。
2021-01-27 quant-ph
Long-distance entangling gates between quantum dot spins mediated by a superconducting resonator
最近的硅量子比特实验表明，微波谐振器与双量子点中单个电子的自旋有很强的耦合，这为远程自旋-自旋相互作用提供了可能性。我们提出了我们的理论计算远量子点自旋耦合的谐振器之间的有效相互作用，并提出了一个协议的快速，高保真度的两个量子比特门与实验证明的能力一致。我们的模拟表明，在噪声的存在下，自旋-自旋纠缠门显着优于腔介导门的电荷量子比特。
2019-10-28 quant-ph
Geometric two-qubit gates in silicon-based double quantum dots
本文针对硅双量子点自旋量子比特受电荷噪声影响的问题，提出在局域磁场梯度远大于交换相互作用的区域，通过解析与数值方法实现纠缠和非纠缠几何两比特门，保真度超过99%并优于动力学操作。
2024-09-01 quant-ph
Resonator-assisted entangling gate for singlet-triplet spin qubits in nanowire double quantum dots
我们提出了一种谐振子辅助的纠缠门，用于高保真度的自旋量子比特。每个自旋量子比特对应于纳米线双量子点中的两个电子，单线态和三重态之一作为逻辑量子比特态。该门受虚电荷偶极跃迁的影响。我们在我们的模型中包括噪声，以显示在当前的实验条件下的方案的可行性。
2010-05-17 quant-ph
Universal logic with encoded spin qubits in silicon
本文在单层刻蚀栅电极硅量子点器件中实现编码自旋量子比特的通用逻辑控制，通过随机基准测试验证了高保真度的双量子比特门操作，证明该架构兼具功能成品率与相干性，为容错量子计算提供可行路径。
2022-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal entangling operations between deterministic blocks of qubits encoded into single photons
在这里，我们数值模拟轨道编码的光子之间的概率基本纠缠操作的可扩展的通用量子计算或通信的目的。我们建议将逻辑量子比特分组为单光子块，其中单量子比特旋转和CNOT门是完全确定性的并且易于实现。然后通过所述概率纠缠操作允许块间通信。我们发现一个有前途的趋势，成功的块间通信的概率增加，因为我们增加了我们的基本纠缠操作操作的光学模式的数量。
2018-01-16 quant-ph
Numerical Optimization of Two-Qubit Gates in Silicon Flip-Flop Qubit Arrays under Electrical Control
CNR-IMM Unit of Agrate Brianza（意大利国家研究委员会集成电路研究所阿格拉特布兰扎分部）
本研究基于FlipFlopQSim框架，优化硅基触发器量子比特的两量子比特门，提出需协同设计脉冲控制等，为电控硅量子处理器可扩展性提供数值框架。
2026-08-03 quant-ph
Fast high-fidelity entangling gates for spin qubits in Si double quantum dots
在硅双量子点的单电子自旋量子比特中实现高保真双量子比特门仍然是一个重大挑战。在这项工作中，我们采用分析方法来设计控制脉冲，为基于该平台的量子计算机生成高保真纠缠门。使用现实的参数，并最初假设一个无噪声的环境，我们提出了简单的控制脉冲，产生CNOT，CPHASE，CZ门的平均精度大于99.99%，门时间短至45 ns。此外，使用系统的演化算子的局部不变量，我们表明，一个简单的方波脉冲产生的CNOT门在小于27 ns，保真度大于99.99%。最后，我们使用相同的分析方法来生成局部等效于$\sqrt{\mathrm{CNOT}}$和$\sqrt{\mathrm{CZ}}$的两个量子比特门，用于实现简单的两段脉冲序列，在低频噪声存在下产生高保真CNOT和CZ门。
2019-07-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon
利用半导体制造技术，量子信息的自然载体，如原子、电子和光子，可以嵌入可扩展的集成器件中。集成光学为大规模量子信息处理和光子捕获提供了一个通用的平台。量子应用的集成器件的规模扩大需要高性能的单光子产生和光子量子比特-量子比特纠缠操作。然而，以前的演示报告了产生多个明亮，纯净和相同的单光子以及高保真纠缠多个光子量子比特的主要挑战。另一个值得注意的挑战是在单个设备中无噪声地接口多光子源和多量子比特操作员。在这里，我们展示了芯片上真正的多体纠缠和硅中的量子隐形传态，通过相干控制微谐振器非线性单光子源和线性光学多量子比特纠缠电路的集成网络。微谐振器被设计成局部增强非线性，产生多个频率不相关和不可区分的单光子，而不需要任何光谱滤波。多量子位状态在可编程线性电路中处理，以便于以基于测量的方式进行Bell投影和融合操作。我们基准的关键功能，如内/间芯片隐形传态的量子态，并产生四光子Greenberger-HorneZeilinger纠缠态。状态的产生、控制和转换都是在微米级的硅芯片中实现的，这些芯片是通过互补金属氧化物半导体工艺制造的。我们的工作为可扩展的片上多光子技术用于量子计算和通信奠定了基础。
2020-02-09 quant-ph
Complementary 3D color codes for transversal quantum logic
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Technische Universität München（慕尼黑工业大学）
研究提出基于四面体三维颜色码及其哈达玛变换对应物的混合架构，二者支持互补横向非克利福德操作，结合相关变换实现几乎通用的横向逻辑门集，还通过构造逻辑受控Z门等完成通用门集。
2026-07-07 quant-ph
Robust Nonperturbative Trapped-Ion Quantum Logic
Imperial College London（帝国理工学院）
研究囚禁离子量子逻辑中因弱耦合和谐波动力学对门时间有限制的问题，通过设计最优驱动方案，利用非谐动力学实现快速高保真纠缠门，并增强对系统缺陷的抗性。
2026-07-16 quant-ph
A note on "eight-vertex" universal quantum gates
文献中许多著名的和研究得很好的4 × 4通用量子逻辑门都是一种特殊的形式，即所谓的八顶点形式\eqref{8vertexform} \cite{kaufman etal 05-1,kaufman etal 05-2}，或{ \it similar}.首先，我们提供了明确的公式，在矩阵元素，这是必要和充分条件，这样的矩阵是一个解决方案的杨巴克斯特方程\eqref{byb}。然后，结合所需的条件是酉\eqref{unitarycond}和纠缠\eqref{entanglingcond}，我们给出了纠缠酉解的杨巴克斯特方程（因此，通用量子逻辑门）的这种特定形式的完整描述。我们详细调查了所有可能的情况下，一些八个主要的条目可能会或可能不会是零。
2017-05-02 quant-ph
A Coherent Spin-Photon Interface in Silicon
硅量子点中的电子自旋由于其长的相干时间和使用半导体制造技术快速缩放的前景而对于量子计算是有吸引力的系统。虽然已经证明了两个自旋的最近邻交换耦合，但是经由微波频率光子的自旋相互作用可以实现长距离自旋-自旋耦合和“全对全”量子比特连接。本文证明了硅中单个自旋与微波频率光子之间的强耦合，自旋-光子耦合率g_s/（2π）> 10 MHz。在磁场梯度存在下，使相干自旋-光子相互作用成为可能的机制是基于自旋-电荷杂化。除了自旋-光子耦合，我们还展示了在器件中对单个自旋的相干控制和使用腔光子的量子非破坏自旋态读出。这些结果为利用微波频率光子纠缠单自旋开辟了一条直接途径。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors
使用两个量子比特门在远程量子处理器处控制量子比特之间的纠缠是量子计算的可扩展的模块化实现的基本功能。在众多量子位平台中，硅量子点中的自旋量子位具有大规模集成的前景以及它们的纳米加工能力。然而，连接遥远的硅量子处理器具有挑战性，因为自旋量子位中的双量子位门通常利用短程交换耦合，这仅在最近的相邻量子点之间有效。在这里，我们通过相干自旋穿梭演示了自旋量子位之间的双量子位门，这是连接远程硅量子处理器的关键技术。自旋量子位的相干穿梭使得交换耦合的有效切换具有超过1,000的开/关比，同时对于相邻点之间的单次穿梭保持99.6%的自旋相干性。通过这种穿梭模式交换控制，我们展示了一个保真度为93%的双量子比特控制相位门，通过随机基准测试进行评估。将我们的技术与量子比特在大型量子点阵列上的相位相干穿梭相结合，将为远程硅量子处理器之间的量子链路提供可行的路径，这是大规模量子计算的关键要求。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Demonstration of a Logical Architecture Uniting Motion and In-Place Entanglement
Infleqtion；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Computer Science, University of Chicago（芝加哥大学计算机科学系）
本文通过114量子比特设备演示了结合原子运动与原地纠缠的逻辑架构，实现了比纠缠区方法更低的开销，展示了在Shor算法、逻辑CX梯形和[[16,4,4]]码解码中的性能提升。
2026-04-02 quant-ph
Radial Fast Entangling Gates Under Micromotion in Trapped-Ion Quantum Computers
The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；IonQ, Inc.（IonQ公司）
研究利用微运动和双离子晶体的径向模式设计高速纠缠门，在亚陷阱周期范围内实现高保真度控制序列，分析微运动增强的物理机制及实验噪声下的门误差。
2026-04-28 quant-ph
Multilayer ion trap with three-dimensional microwave circuitry for scalable quantum logic applications
我们提出了一个多层表面电极离子阱与嵌入式三维微波电路实现纠缠量子逻辑门。我们讨论的电磁全波模拟程序，导致陷阱的设计和表征所产生的微波场图案使用单个离子作为局部场探针。结果同意模拟的不确定性，与以前的陷阱相比，这种设计减少了三个数量级的有害交流塞曼位移。这里提出的设计可以被看作是一个纠缠门组件库中的表面电极离子阱旨在量子逻辑操作。
2021-07-06 physics.atom-ph quant-ph
Universal quantum logic in hot silicon qubits
量子计算需要许多量子比特，这些量子比特可以被相干控制并相互耦合。使用光刻技术定义的量子位通常被认为是有前途的可扩展性平台，因为它们可以使用半导体制造技术实现。然而，领先的固态方法仅在低于100 mK的温度下起作用，其中冷却能力极其有限，这严重影响了实际量子计算的前景。最近对硅中自旋的研究表明，通过展示长自旋寿命、基于门的自旋读出和相干单自旋控制，可以在更高温度下操作的平台已经迈出了一步，但关键的两个量子位逻辑门一直缺失。在这里，我们证明了硅量子点可以具有足够的热鲁棒性，以实现高于1开尔文的通用门设置的执行。我们通过电子自旋共振（ESR）和泡利自旋封锁读出获得单量子比特控制。我们展示了两个量子比特的单独相干控制，并测量了高达99.3%的单量子比特的相干性。我们展示了从0.5到18 MHz的两个自旋之间的交换相互作用的可调谐性，并使用它来执行相干双量子比特控制旋转（CROT）。在半导体平台上演示“热”和通用量子逻辑为量子集成电路铺平了道路，量子集成电路将量子硬件及其控制电路全部托管在同一芯片上，为实用量子信息提供了可扩展的方法。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Implementing Fault-tolerant Entangling Gates on the Five-qubit Code and the Color Code
我们比较了在逻辑量子比特上的两种不同的容错纠缠门实现。在一个实例中，十二量子位捕获离子量子计算机用于实现两个五量子位代码之间的非横向逻辑CNOT门。该操作被评估为具有不同程度的容错性，这是通过包括被称为标记和可分片容错性的量子纠错电路原语来提供的。在第二种情况下，使用20量子位捕获离子量子计算机在两个[[7，1，3]]色码上实现横向逻辑CNOT门。这两个代码是在不同但相似的设备上实现的，并且在这两种情况下，所有的量子纠错原语，包括通过解码确定校正，都是在运行时使用与量子处理器紧密集成的经典计算环境来实现的。对于基元的不同组合，在将门应用于不同的输入状态之后进行逻辑状态保真度测量，从而提供过程保真度的界限。我们发现使用色码的保真度最高的操作，当准备逻辑X和Z操作符的本征态时，容错SPAM操作实现了0.99939（15）和0.99959（13）的保真度，这分别高于物理X和Z基底的平均物理量子比特SPAM保真度0.9968（2）和0.9970（1）。当与逻辑横向CNOT门相结合时，我们发现颜色代码执行序列-状态准备，CNOT，测量-平均保真度由[0.9957，0.9963]限定。逻辑保真度界限高于类似的物理级保真度界限，我们发现它是[0.9850，0.9903]，反映了多个物理噪声源，如两个量子位的SPAM错误，几个单量子位门，一个两量子位门和一些内存错误。
2022-08-03 quant-ph
High-Fidelity Entangling Gates for Electron and Nuclear Spin Qubits in Diamond
本研究提出利用金刚石NV中心的共振与非共振跃迁同步效应，通过调整门时间或驱动场消除自旋翻转误差，实现电子与核自旋间快速高保真纠缠门，多量子比特门保真度超0.99。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust and resource-efficient microwave near-field entangling $^9$Be$^+$ gate
微波俘获离子量子逻辑门避免了作为退相干的基本源的自发发射。然而，微波双量子比特门仍然比激光诱导门慢，因此对运动模式频率的波动和噪声更敏感。我们提出并实现了幅度整形门驱动器，以获得弹性，这样的频率变化，而不增加每个门操作的脉冲能量。我们证明了噪声注入期间的两个量子比特纠缠门与$^9$的$^+$离子量子比特的弹性。在没有注入噪声的情况下，幅度调制在$10^{-3}$范围内给出操作失真。
2019-11-10 quant-ph
Controlled-NOT logic with nonresonant Josephson phase qubits
我们建立了弱耦合约瑟夫森相位量子比特的高保真受控非逻辑门实现的量子比特失谐的理论界限。结果表明，对于两步控制序列和单步控制序列，纠缠脉冲的量子比特失谐量分别不超过2 g和g，其中g为相应的耦合常数.
2008-12-30 quant-ph
Complete physical simulation of the entangling-probe attack on the BB84 protocol
本研究利用确定性单光子双量子比特量子逻辑，实现了针对 BB84 协议的最强单光子攻击，物理模拟了 Eve 访问 Bob 接收模块的真实攻击，实验结果与理论预测高度一致，证明了确定性量子逻辑在量子信息处理模拟中的实用性。
2006-11-23 quant-ph
Designing globally optimal entangling gates using geometric space curves
本文提出将量子演化映射到几何空间曲线，以在弱耦合量子比特中找到实现目标纠缠门的所有脉冲，从而设计全局最优纠缠门，并在硅量子点自旋量子比特上实现保真度超99%的快速CNOT等价门。
2022-04-06 quant-ph
Two-qubit logic between distant spins in silicon
本文利用超导谐振器通过虚光子介导相距250 μm的两个硅自旋量子比特的相干耦合，实现了频率可控的反相振荡和十纳秒级iSWAP纠缠操作，为芯片上可扩展自旋量子比特模块网络提供了可行路径。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangling flux qubits with a bipolar dynamic inductance
提出了一种利用直流超导量子干涉仪（SQUID）的屏蔽电流响应实现两个磁通量子比特之间可变耦合的方案。耦合强度由施加到SQUID的电流偏置来调整，并且可以从正值到负值连续变化，从而允许量子位之间的直接互感的消除。我们表明，这种可变的耦合方案允许有效地实现通用量子逻辑。相同的SQUID可用于确定量子位的通量状态。
2004-06-08 quant-ph
Assessment of error variation in high-fidelity two-qubit gates in silicon
研究硅SiMOS量子点平台双比特门误差的物理起源，通过三种表征方法测得96.8%至99.8%的纠缠门保真度，为可扩展高保真控制提供指导。
2024-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Repetitive quantum non-demolition measurement and soft decoding of a silicon spin qubit
量子纠错是容错量子计算机的关键。量子非破坏（QND）测量是实现量子纠错码的关键步骤，在Si/SiGe双量子比特系统中实现了QND测量，其中一个量子比特作为逻辑量子比特，另一个量子比特作为辅助量子比特。利用双量子比特控制旋转门，将逻辑量子比特的状态映射到辅助上，然后对辅助进行破坏性读出。重复此过程可在15次辅助读出后增强从$75.5\pm 0.3\%$到$94.5 \pm 0.2\%$的逻辑读出保真度。此外，我们比较了传统的阈值方法与称为软解码的改进的信号处理方法，该方法利用读出信号中的模拟信息来更好地估计逻辑量子比特的状态。我们证明，软解码导致显着减少所需的重复次数时，读出错误成为有限的高斯噪声，例如在读出的情况下，具有低的信噪比。这些结果为在硅中实现自旋量子位的量子纠错铺平了道路。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Performance Analysis for Crosstalk Errors between Parallel Entangling Gates in Trapped Ion Quantum Error Correction
针对囚禁离子量子计算机中并行纠缠门的固有串扰误差问题，研究其对旋转表面码的影响，发现需距离5码纠正两比特串扰误差，优化并行度后可在现实参数下达盈亏平衡点，并分析了串扰空间依赖性与逻辑误差率的缩放规律。
2025-01-17 quant-ph
Optomechanical quantum bus for donor spins in silicon
University of Jyväskylä（于韦斯屈莱大学）；University of Turku（图尔库大学）
本研究提出利用硅基光学机械结构实现供体自旋的量子总线，实现高保真度双量子比特门和电信波长光学读取。
2026-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Benchmarking a high-fidelity mixed-species entangling gate
我们在$^{43}\mathrm{Ca}^+\,$超精细量子位和$^{88}\mathrm{Sr}^+\,$塞曼量子位之间实现了一个双量子位逻辑门。对于这对离子种类，S-P光学跃迁足够接近，使得波长为$402\,\mathrm{nm}$的单个激光器可以用于驱动门，但是足够好地分离以给出良好的光谱隔离和低的光子散射误差。我们通过全随机基准测试、门集层析成像和Bell状态分析来表征门。后一种方法给出了$99.8(1)\%$的保真度，与最好的同种门的保真度相当，并且与已知的误差源一致。
2020-08-03 quant-ph
A Two Qubit Logic Gate in Silicon
量子计算需要可以以可扩展的方式耦合和实现的量子位，以及通用和高保真的一量子位和二量子位逻辑门\cite{DiVincenzo2000, Loss1998}。在几个领域的努力已经导致了一系列令人印象深刻的量子比特实现，包括捕获离子\cite{Brown2011}，超导电路\cite{Barends2014}，单光子\cite{Kok2007}，金刚石\cite{Waldherr2014, Dolde2014}和硅\cite{Muhonen2014}中的单缺陷或原子，以及半导体量子点\cite{Veldhorst2014}，所有这些都具有超过容错量子计算\cite{Fowler2012}所需的严格阈值的单量子比特纯度。尽管如此，可以使用标准光刻技术制造的固态高保真双量子位门迄今为止仅限于超导量子位\cite{Barends2014}，因为半导体系统在耦合量子位和失相\cite{Nowack2011, Brunner2011, Shulman2012}方面存在困难。在这里，我们表明，这些问题可以完全消除使用单自旋同位素富集硅\cite{Itoh2014}通过演示单和两个量子位操作的量子点系统中使用的交换相互作用，如在原来的损失-Diquenzo建议\cite{Loss1998}。我们通过控制旋转（CROT）或控制相位（CZ）操作结合单量子位操作实现CNOT门。直接栅极电压控制提供单量子位…
2014-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Implementation of quantum logic operations and creation of entanglement in a silicon-based quantum computer with constant interaction
我们描述了如何在硅基量子计算机中实现量子逻辑运算，磷原子作为量子比特。信息存储在核自旋的状态中，条件逻辑操作通过电子自旋利用核-电子超精细和电子-电子交换相互作用来实现。我们计算机中的电子应该只在一个控制非门的实现过程中保持相干。交换相互作用是恒定的，并且由磁场梯度提供选择性激发。量子逻辑运算是由矩形射频脉冲实现的。这种架构是可扩展的，并且不需要制造纳米级电子门。如本文所示，量子协议的参数可以推导出解析，即使是一台计算机与大量的量子位使用我们的微扰方法。我们提出的协议初始化的核自旋和协议创建纠缠。所有的分析结果进行了测试，使用两个量子比特系统的数值。
2005-12-21 quant-ph
Fast entangling quantum gates with almost-resonant modulated driving
本文提出并分析了基于近共振调制驱动（ARMD）的纠缠量子门，揭示了其与失谐调制驱动在共振条件与物理机制上的差异，为构建高速高保真量子逻辑门提供了新方案。
2024-02-09 quant-ph
Heralded non-destructive quantum entangling gate with single-photon sources
量子纠缠量子门是实现大规模光量子计算的重要器件。然而，在线性光学系统中，由于参量下转换过程中的随机源和双对辐射的存在，使得在实验上实现真正的自由飞行光子纠缠门成为一个难题。在这里，通过使用基于嵌入微柱腔中的半导体量子点的按需单光子源，我们首次展示了两个单光子之间的预示受控非（CNOT）操作。为了表征CNOT门的性能，我们估计其平均量子门保真度为（$87.8\pm1.2$）%。作为一个应用程序，我们生成了保真度为（$83.4\pm2.4$）%的事件就绪Bell状态。我们的研究结果是光子-光子量子逻辑门发展的重要一步。
2021-01-16 quant-ph
Influence of qubit displacements on quantum logic operations in a silicon-based quantum computer with constant interaction
对硅中磷施主量子计算机中自旋链系综中量子比特偏离预定位置所引起的误差进行了解析估计和数值计算。我们表明，它是可能的，甚至与位移量子比特的核自旋之间使用受控非门的电子和核自旋的同一磷原子的初始化。然而，由于交换相互作用常数对量子比特之间的距离的指数依赖性，位移电子自旋之间的受控非门的实现具有很大的误差。如果量子计算是在许多自旋链的系综上实现的，那么如果具有位移量子位的链的数量很小，则误差可以很小。
2006-09-14 quant-ph
Fungible dynamics: there are only two types of entangling multiple-qubit interactions
什么样的相互作用足以模拟复合量子系统中的任意量子动力学？结果表明，所有的两体哈密顿演化都可以用\emph{any}固定的两体纠缠$n$-量子比特哈密顿量和快速局域么正来模拟。通过\emph{entangling}，我们的意思是每个量子位与每个其他量子位耦合，如果不是直接耦合，那么通过中间量子位间接耦合。我们扩展这项研究的情况下，相互作用可能涉及两个以上的量子位在同一时间。我们找到了一个任意的$n$-量子比特哈密顿量是\emph{dynamically universal}的充分必要条件，也就是说，能够模拟任何其他作用于$n$量子比特的哈密顿量，可能是以一种低效的方式。我们证明了一个纠缠哈密顿量是动力学普适的当且仅当它包含至少一个涉及\emph{even}数量的相互作用量子位的耦合项。对于\emph{odd}纠缠哈密顿算子，即，哈密顿与耦合，只涉及一个奇数的量子比特，我们证明了动态的普遍性是可能的编码集的$n-1$逻辑量子比特。我们进一步证明了一个奇纠缠哈密顿量可以模拟任何其他的奇哈密顿量，并对这些哈密顿量生成的代数进行了分类。因此，我们的结果表明，直到本地幺正操作，只有两个根本不同类型的纠缠哈密顿量的$n$量子比特。我们还证明，只要直接耦合的量子位的数量是由一个常数以上的限制，我们的技术可以是有效的。
2003-07-21 quant-ph
Fully tunable longitudinal spin-photon interactions in Si and Ge quantum dots
硅和锗量子点中的自旋量子位是量子计算的有前途的平台，但是在微米距离上纠缠自旋量子位仍然是一个关键的挑战。目前的原型架构最大限度地提高了量子比特和微波谐振器之间的横向相互作用，其中自旋状态被近共振光子翻转。然而，这些相互作用会导致量子位的反作用，产生不可避免的残余量子位-量子位耦合，并显着影响栅极保真度。引人注目的是，当自旋光子相互作用是纵向的，光子耦合到量子位的相位时，剩余耦合消失了。我们表明，大的纵向相互作用自然出现在国家的最先进的空穴自旋量子比特。这些相互作用是完全可调的，并且可以通过外部振荡电场进行参数调制。我们提出了现实的协议来测量这些相互作用，并实现快速和高保真的两量子比特纠缠门。这些协议也能在高温下工作，为实现大规模量子处理器铺平了道路。
2022-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate Implemented with Josephson Phase Qubits
量子逻辑门必须在其标准输入基态上操作时以及在这些状态的复杂叠加上操作时正确地执行。使用超导量子比特的实验已经验证了用于例如受控非门[1，2]的特定实现的真值表，但是还没有完全表征用于输入状态的任意叠加的门操作。在这里，我们演示了使用量子过程层析成像（QPT）[3，4]来充分表征两个超导量子比特之间的通用纠缠门的性能。过程层析成像允许完整的门分析，但需要精确准备任意输入状态，控制随后的量子位相互作用，并同时单次测量输出状态。我们使用QPT来测量纠缠门的保真度，并量化影响门性能的退相干机制。除了展示有前途的保真度，我们的纠缠门具有300的开/关比，可调耦合水平将成为未来高保真设备的要求。这是双量子位系统中QPT的第一个固态演示，因为固态过程层析成像以前只使用单量子位进行了演示[5，6]。
2009-10-06 quant-ph
Optimized cavity-mediated dispersive two-qubit gates between spin qubits
硅量子点中的单个电子和超导腔中捕获的单个光子之间的相干界面的最近实现为实现光子介导的双量子比特纠缠门开辟了道路。为了将自旋耦合到腔电场，需要某种类型的自旋-电荷杂交，这会影响自旋控制和相干性。在这项工作中，我们提出了一个腔介导的双量子比特门和计算腔介导的纠缠门的色散制度，占由于自旋-电荷杂化的错误，以及光子和声子诱导的衰变。通过优化自旋-电荷杂化的程度，我们表明，由腔光子介导的双量子比特门能够在当今的器件架构中达到超过90%的量子效率。即使存在$2\,μ\text{eV}$电平的电荷噪声，也可实现高iSWAP栅极结晶度。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
