Nanoscale NMR Spectroscopy using Self-Calibrating Nanodiamond Quantum Sensors
常规的核磁共振（NMR）光谱依赖于从分子的宏观系综获取信号以获得关于分子结构和动力学的信息。将这种技术转移到纳米级样品大小将使分子分析没有平均的影响，在空间和时间的不均匀性，而不需要宏观体积的分析物，这两个固有的大合奏测量。基于大块金刚石芯片内部的氮空位（NV）中心的纳米级NMR实现了单核自旋灵敏度和确定化学结构所需的分辨率，但对于最敏感的设备，它们的检测体积仅限于金刚石表面上方几纳米。这使得它们无法在较厚的结构（如细胞）内以纳米级分辨率用于核自旋传感。在这里，我们展示了在（19 nm）3体积中使用多功能NV-NMR设备内的纳米金刚石，具有典型的30 nm直径的NMR信号从多个核素的检测。该装置检测由少量分析物分子产生的信号，数量级为1000。为了原位使用这些装置，必须针对每个纳米金刚石装置的未知几何形状校正检测到的信号。我们表明，这样的校准可以通过利用金刚石表面上的原子核薄层的信号来执行。这些结果，结合纳米金刚石的低毒性和它们对表面功能化的顺从性，表明纳米金刚石NV-NMR装置可以成为活细胞内基于纳米级NMR的传感的有用工具。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Proposal for enhanced resolution in nanoscale NMR: quantum sensing with pulses of finite duration
金刚石中的氮空位（NV）色心是开发量子传感器的一个非常重要的平台，包括单自旋和单分子NMR。微波脉冲的重复序列大大增强了对弱单自旋信号的检测;在这些动态解耦（DD）技术中，在实验中扫描的关键控制参数是脉冲之间的时间间隔，$τ$。在这里，我们表明，事实上，脉冲持续时间提供了一个强大的附加控制参数。虽然以前，不可忽略的脉冲宽度被认为只是实验误差的来源，但在这里，我们阐明了潜在的量子动力学：我们确定了量子态交叉的景观，这些交叉通常是关闭的（不活动的），但可以通过从零开始调整脉冲宽度来可控地激活（打开）。我们确定这些交叉点与最近观察到的，但意想不到的下降（所谓的假下降）看到的量子相干性的NV自旋。有了这种新的理解，这些尖锐特征的位置和强度都可以精确控制;它们与短持续时间微波脉冲的通常更广泛的相干性下降共存，但它们的尖锐度允许使用量子金刚石传感器或其类似物进行更高分辨率的光谱分析。
2017-05-26 quant-ph
Nanoscale NMR Spectroscopy and Imaging of Multiple Nuclear Species
核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）是成熟的技术，可在不同的学科中提供有价值的信息，但目前仅限于宏观样品体积。在这里，我们展示了纳米级NMR光谱和成像环境条件下的样品含有多个核物种，使用氮空位（NV）的颜色中心作为传感器的钻石。与单一的，浅NV中心的金刚石芯片和样品放置在金刚石表面上，我们进行NMR光谱和一维MRI的几个纳米大小的样品含有$^1$ H和$^{19}$ F核。或者，我们采用高密度的NV层附近的金刚石芯片的表面，以证明宽场光学NMR光谱的纳米级样品含有$^1$ H，$^{19}$ F，和$^{31}$ P核，以及多物种的二维光学MRI与亚微米分辨率。对于暴露于空气中的所有金刚石样品，我们确定了一个无处不在的$^1$ H NMR信号，与金刚石表面上和置于金刚石上的任何样品下方的吸附烃或水的$\sim 1$ nm层一致。这项工作为纳米级NMR和MRI应用奠定了基础，例如单蛋白质的研究和亚细胞分辨率的功能生物成像，以及亚纳米分辨率的薄膜的表征。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Nanoscale NMR of DNA-Functionalized Diamond Using Individual NV Centers
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University of Calgary（卡尔加里大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Fribourg（弗里堡大学）
本研究利用单个NV色心在金刚石纳米柱中实现纳米尺度核磁共振检测氟化DNA，通过共价连接$^{19}$F标记寡核苷酸，结合模拟验证，为表面固定生物分子的单分子结构解析奠定基础。
2026-09-09 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Models of liquid-sample confinement for nanoscale NMR
Universidad Politécnica de Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；Hebrew University of Jerusalem（耶路撒冷希伯来大学）
本文针对纳米尺度 NMR 中扩散噪声掩盖长时程次级噪声的问题，首次详细建模并分析样品约束下的表面相互作用与孔隙率噪声及其实验影响。
2026-11-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Heterodyne Sensing of Nuclear Spins via Double Resonance
纳米级核磁共振（NMR）信号可以通过与顺磁电子传感器自旋的超精细相互作用来测量。外差方法被广泛用于克服电子自旋寿命限制的光谱分辨率。它使用一系列修改的哈恩回波脉冲序列与进动信号相干地应用，从而产生二次采样的NMR信号。由于应用高电子拉比频率的挑战，其应用限于低场，因此该方法的全部潜力尚未在高磁场下开发，这对NMR有利。在这里，我们提出了外差检测利用一系列的相位相干电子核双共振传感块，扩展纳米级NMR协议，以任意磁场。我们证明了这一原则上的一个单一的NV中心，无论是与内在的$^{14}$ N和每周耦合$^{13}$ C核自旋浴周围的单一NV中心。我们比较我们的协议，现有的外差协议，并讨论其前景。这项工作铺平了道路，高场纳米外差NMR协议与NV中心，这是至关重要的减少样品体积和提高化学分辨率。
2022-05-20 quant-ph
Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
体量子材料的核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）光谱学提供了对诸如量子相临界性、磁性和超导性等现象的洞察。随着具有磁性现象的纳米级2-D材料的出现，感应检测的NMR和NQR光谱学不足以灵敏地检测纳米材料中的较小数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心已经显示出将NMR和NQR光谱的分析能力带到纳米级的希望。然而，由于缺陷中心的深度依赖性形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于极化自旋的表面NMR的理想NV深度存在模糊性。在这项工作中，我们准备了一系列的浅NV系综层深度，并确定了理想的NV深度进行NMR光谱的偏振\fluorine{}在Fomblin油的金刚石表面。我们发现，使用XY 8-N噪声光谱实现SNR为3所需的测量时间在NV深度为5.4 nm处最小。为了证明NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR光谱。我们比较我们最好的金刚石与以前的工作与一个单一的NV，发现这个合奏提供了一个较短的测量时间与激发直径小至4 $μ$ m。该分析为进一步的实验提供了理想的条件，这些实验涉及具有磁性的2-D材料的NMR/NQR光谱。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single molecule NMR detection and spectroscopy using single spins in diamond
利用金刚石中的氮空位（NV）中心进行纳米磁性测量，由于具有室温操作、纳米级分辨率和高灵敏度的综合特性，引起了人们极大的兴趣。纳米磁测量的重要目标之一是能够检测单个分子中的纳米级核磁共振（NMR）。我们的理论分析表明，如何在金刚石表面的单个分子，与特征的NMR频率，可以检测到使用一个接近NV中心的时间尺度上的顺序秒与纳米精度。我们执行时空分辨率优化，并概述了更高灵敏度的路径。此外，该方法适用于在低和相对不均匀的背景磁场中的应用，与传统的液态和固态NMR光谱相比。
2013-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonvolatile quantum memory enables sensor unlimited nanoscale spectroscopy of finite quantum systems
在纳米级计量应用中，测量通常受到传感器性能的限制。在这里，我们表明，在核磁共振（NMR）光谱测量使用单氮空位（NV）中心的金刚石，NV传感器电子自旋限制光谱分辨率下降到几百Hz，这限制了有限自旋系统的表征和相干控制，此外，是不够的高分辨率NMR光谱，旨在单分子识别和结构分析后者。为了克服这一限制，我们支持一个NV电子自旋传感器与核自旋量子位作为量子和经典存储器允许中间非易失性存储的计量信息，同时抑制有害的反作用的传感器到系统的调查。我们证明量子和经典的存储寿命分别为8毫秒和4分钟的环境条件下。此外，我们设计和测试的测量和去耦协议，有效地利用这样的内存量子位。使用我们的混合量子-经典传感器设备，我们实现了高分辨率的NMR光谱，单自旋线宽下降到13 Hz。因此，我们的工作是一个先决条件，高分辨率NMR光谱的纳米量子系统下降到单级。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Prospects for Ultralow-Mass Nuclear Magnetic Resonance using Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
本文提出利用六方氮化硼中带负电硼空位（$V_B^-$）作为纳米核磁共振传感器，克服了NV中心近表面性能退化问题，设计了测量协议并评估了其性能，为超低质量核磁共振提供了新方案。
2025-05-01 physics.app-ph quant-ph
Atomic-scale structure analysis of a molecule at a (6-nanometer)$^3$ ice crystal
水是自然界中最重要的溶剂。研究水分子之间的相互作用是一个重要的课题。核磁共振（NMR）光谱是检测分子结构分析中磁相互作用的最有力的工具之一，具有广泛的应用。但是传统的核磁共振光谱学需要宏观的样品量，这在研究纳米结构时是有障碍的。通过对单个自旋量子传感器的量子控制，实现了对纳米级有机分子和单分子的磁共振光谱分析。然而，在纳米尺度下测量分子内核自旋的偶极相互作用并分析其结构仍然是一个很大的挑战。在这里，我们成功地检测（6纳米）$^3$检测体积的冰晶的NMR光谱。更重要的是，记录了水分子的两个质子核自旋之间的磁偶极耦合。分辨的分子内磁偶极相互作用约为15 kHz和33 kHz，光谱分辨率为几kHz。通过对相互作用分辨的核磁共振谱的分析，可以得到纳米冰晶的空间结构，由此可以得到水分子键的取向，进而可以得到键的长度。该工作使核磁共振波谱技术在单分子结构分析中的应用成为可能，为纳米晶和承压水的研究提供了进一步的工具。
2017-05-25 physics.chem-ph quant-ph
Nuclear Spins in a Nanoscale Device for Quantum Information Processing
在纳米尺度的核磁共振半导体器件中，研究了I=3/2的四个核自旋态的任意两个能级之间的相干振荡。利用该器件，我们讨论了I=3/2系统中两个虚拟量子比特的量子逻辑运算，并提出了一种基于纵向磁化测量的量子态层析方案$M_z$ .
2006-12-29 quant-ph
Proposal for Quantum Sensing Based on Two-Dimensional Dynamical Decoupling: NMR Correlation Spectroscopy of Single Molecules
核磁共振（NMR）具有巨大的应用。二维核磁共振是表征原子核和分子结构之间相关性的基本技术。为了实现单分子核磁共振的最终目标，动态去耦合（DD）增强金刚石量子传感使单核自旋和纳米级核磁共振的检测成为可能。然而，在基于DD的量子传感中仍然缺乏标准方法来表征单个分子中核自旋之间的相关性。在这里，我们提出了一种基于二维DD的量子传感方案，作为一种通用的单分子相关光谱方法。我们设计了由两组不同周期的周期DD序列组成的二维DD序列，它们可以独立设置以匹配两个不同的共振DD跃迁频率。我们发现，在共振DD条件下，传感器相干斑图作为两个独立的DD双光子脉冲数的函数，可以完全确定核自旋跃迁之间不同类型的关联。这项工作提供了一个系统的方法，相关光谱的单分子NMR。
2016-11-24 quant-ph
Efficient Detection of Statistical RF Fields at High Magnetic Field with a Quantum Sensor
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Max Planck Institute for Solid State Research（马克斯·普朗克固体研究所）；Center for Integrated Quantum Science and Technology（集成量子科学与技术中心）；Sumitomo Electric Industries Ltd.（住友电工株式会社）；Takasaki Institute for Advance Quantum Science（高崎高级量子科学研究所）；University of Tsukuba（筑波大学）
本文提出两种协议，通过整流实现统计振荡信号的相干平均，提升NMR检测效率，将信噪比与测量次数N的关系从N^0.5提升到N^1，显著缩短测量时间。
2025-06-30 physics.app-ph quant-ph
Construction and operation of a tabletop system for nanoscale magnetometry with single nitrogen-vacancy centers in diamond
金刚石中的单个氮空位中心是固态量子磁强计的主要候选者，该磁强计能够检测单个核自旋，并具有在纳米尺度下的核磁共振（NMR）的应用前景。尽管如此，许多化学家和生物学家仍然不太容易使用NV磁力计，因为它的实验设置和操作原理与传统的NMR完全不同。在这里，我们设计，构建和操作一个紧凑的桌面大小的系统，量子传感与一个单一的NV中心，主要是从商业上可用的光学元件和电子产品。我们表明，我们的设置可以实现国家的最先进的量子传感协议，使检测单个$^{13}$ C核自旋在金刚石和它们的相互作用参数的表征，以及检测一个小的合奏质子核自旋在金刚石表面上。这篇文章提供了广泛的讨论的设置和实验程序的细节，我们的系统将重现那些谁没有在NV中心以前的工作。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Selective addressing of solid-state spins at the nanoscale via magnetic resonance frequency encoding
金刚石中的氮空位（NV）中心是纳米级传感和成像以及固态量子信息处理的领先平台。到目前为止，已经证明了在纳米尺度上对两个NV电子自旋的单独控制。然而，一个关键的挑战是将这种控制扩展到NV自旋阵列。在这里，我们应用纳米级磁共振频率编码，以实现网站选择性寻址和一致性控制的四个网站阵列的NV自旋。阵列中的位点间隔100 nm，每个位点含有间隔约15 nm的多个NV。在金刚石芯片上制造的微线圈提供约0.1 G/nm的电可调磁场梯度。梯度场和共振微波的定制应用允许位点选择性NV自旋操纵和感测应用，包括拉比振荡、成像和具有纳米级分辨率的核磁共振（NMR）光谱。基于微线圈的固态自旋磁共振为量子辅助传感、量子信息处理和纳米自旋网络的研究提供了一个实用的平台。
2016-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hadamard Products of Product Operators and the Design of Gradient-Diffusion Experiments for Simulating Decoherence by NMR Spectroscopy
本文介绍了NMR乘积算符形式的一种推广，它用Hadamard矩阵乘积来描述许多简单的自旋1/2弛豫过程。这种形式主义的效用说明推导NMR梯度扩散实验模拟几个感兴趣的退相干模型在量子信息处理，以及他们的Lindblad和Kraus表示。还描述了几个更复杂的形式的退相干，包括著名的集体各向同性模型的被动扩散实验。最后，它表明，阿达玛形式主义给出了一个简洁的表示与任意相关的消相干的波动场在不同的自旋参与，这可以应用到消相干（T2）以及非绝热弛豫（T1）过程。
2000-12-21 quant-ph
Pulse sequence design for high field NMR with NV centers in dipolarly coupled samples
针对低扩散样品中偶极耦合干扰NMR光谱信息提取的问题，提出基于NV系综传感器的高场脉冲序列协议，通过同步RF和MW消除核耦合并增强信号，可准确识别固态系统能量位移。
2025-08-25 quant-ph
A polynomial-time solution to the parity problem on an NMR quantum computer
提出了一种有效的量子算法，在多项式时间内解决奇偶性问题，无论是在传统的量子计算和经典计算，NMR量子计算机上的最困难的问题之一。它基于量子系综中的量子平行性原理、选择性退相干操作和NMR相敏测量。量子算法的量子线路是明确设计的。
2001-09-06 quant-ph
Designing short robust NOT gates for quantum computation
最初在核磁共振（NMR）中开发的复合脉冲已经在实验量子信息处理（QIP）中广泛使用，以减少系统误差的影响。到目前为止，大多数使用的脉冲都是简单地从现有的NMR设计中改编而来的，尽管已经开发了用于设计具有任意精度的复合脉冲的技术，但结果相当复杂，几乎没有应用。在这里，我描述了设计短而有效的复合脉冲来实现强大的非门的技术，将NMR和QIP的现有见解结合在一起，并提出了一些新的复合脉冲。
2013-05-07 quant-ph
Arbitrary precision composite pulses for NMR quantum computing
我们讨论了使用Brown等人[Phys.Rev.A70（2004）052318]的方法开发的任意精度复合脉冲的实现。我们给出了明确的结果，脉冲序列设计，以解决两个简单的情况下的脉冲长度错误和更复杂的情况下的非共振错误。这些结果是在NMR量子计算的背景下开发的，但可以应用得更广泛。
2007-09-05 quant-ph
Implementing quantum logic operations, pseudo-pure states and the Deutsch-Jozsa algorithm using non-commuting selective pulses in NMR
我们实验证明了选择性脉冲在核磁共振进行量子计算的有用性。已经提出了三种基于选择性脉冲激发的不同技术来制备处于赝纯态的自旋系统。我们描述了新的“portmanteau”门的设计使用水平人口的选择性操纵。给出了Deutsch-Jozsa算法在两量子比特和三量子比特量子计算机上的选择脉冲实现。
2000-02-05 quant-ph
Physics-informed neural network for quantum control of NMR registers
本文提出用物理信息神经网络编码NMR量子控制序列，实现最优时间离散化硬件适配，并实验演示了CNOT门合成与长寿命单重态制备。
2024-06-29 quant-ph
Experimental Simulation of a Pairing Hamiltonian on an NMR Quantum Computer
我们发展了一个具体的量子模拟方案，并在NMR量子计算机上对一个配对模型进行了实验模拟。实验的设计包括选择合适的初始状态，使我们的方案在不久的将来具有可扩展性，实验的完成利用了两次傅立叶变换，使我们的方法适用于其他物理模型。结果表明，实验模拟可以给出模拟哈密顿量的谱。因此，量子计算机在模拟复杂物理系统方面的潜在能力得到了验证。
2004-10-28 quant-ph
Quantum simulation of a three-body interaction Hamiltonian on an NMR quantum computer
将平均哈密顿量理论扩展到量子计算，可以设计任意的哈密顿量，允许在一个大的希尔伯特空间中旋转。这样，任何量子系统的运动学和动力学都可以通过量子计算机来模拟。系统之间的基映射决定了在模拟系统中实现所需哈密顿量所需的量子计算机中的平均哈密顿量。该程序的灵活性说明与13-C标记的丙氨酸的NMR通过创建对应于三体相互作用的非物理哈密顿量ZZZ。
1999-08-03 quant-ph
Liquid State NMR as a Test-bed for Developing Quantum Control Methods
在构建量子信息处理器（QIP）时，挑战在于相干地控制大型量子系统以足够好地执行任意量子算法，并且能够校正由退相干引起的误差。核磁共振（NMR）量子干涉仪提供了一个很好的测试平台，可以用来开发和测试控制量子系统的工具和技术。在设计控制方法时要考虑的两个主要问题是精度和效率，到目前为止，已经开发了两种互补的方法来用液态NMR方法控制量子位寄存器。第一个应用最优控制理论数值优化控制领域，实现高保真度的低维系统上的酉操作。第二种技术是基于一系列不完美的控制元件的有效优化，使一个完整的量子算法的实施是可能的，同时最大限度地减少误差积累。本文总结了我们在实现这两种方法时所做的工作。此外，我们表明，一起，它们形成了一个基础，设计量子控制方法的块结构QIP，使大系统的大小是不是一个障碍，实现最优控制技术。
2008-03-13 quant-ph
The non-vanishing effect of detuning errors in dynamical decoupling based quantum sensing experiments
当与目标核自旋的进动同步地应用动态解耦（DD）时，探测量子比特的相干迹线中出现特征性下降，从而形成纳米级核磁共振（NMR）的基础。微波控制脉冲的频率被选择为匹配量子位跃迁，但是这可能由于实验误差、量子位固有的超精细耦合或不均匀加宽而与谐振失谐。失谐作为一个额外的静态场，通常被认为是完全消除哈恩回波和DD实验。在这里，我们证明，这是不是在有限的脉冲持续时间的存在下，失谐可以大大改变探测量子比特的相干响应的情况下，与传感应用的重要影响。利用金刚石中氮空位中心的电子自旋作为测试量子比特系统，在有限脉冲宽度和静态失谐条件下，分析和实验研究了CPMG和XY8动态解耦控制方案下的量子比特相干响应.最引人注目的是在CPMG下NMR共振的分裂，而在XY8下NMR信号的振幅被调制。我们的工作表明，从量子传感器相干迹线中提取数据时，失谐误差是不可忽略的。
2019-03-08 quant-ph
Quantum simulation dynamics and circuit synthesis of FMO complex on an NMR quantum computer
近年来，作为一个开放量子系统的捕光复合物在弱耦合和强耦合下的动力学模拟受到了广泛的关注。在本文中，我们研究了一个数字量子模拟方法的Fenna-Matthews-Olson（FMO）的光合色素-蛋白质复合物包围马尔可夫浴，即，基于核磁共振（NMR）量子计算机的无记忆。为此，我们应用去耦（再耦合）的方法，这是关闭（上）的耦合和Solovay-Kitaev技术分解成有效的基本门的NMR模拟器上的哈密顿和Lindbladian。最后，根据开放系统动力学中系统与环境的相互作用，设计了幺正部分和非幺正部分的量子线路。
2020-10-01 quant-ph
Creation of Depth-Confined, Shallow Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond With Tunable Density
Materials Department, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校材料系）；Division of Engineering and Applied Science, California Institute of Technology（加州理工学院工程与应用科学部）；Department of Physics, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；Department of Materials Science and Engineering, Stanford University（斯坦福大学材料科学与工程系）
通过δ掺杂在金刚石生长过程中制备浅层氮-空位中心，实现了对NV深度约束和密度的可调控制，从而获得高灵敏度的单个缺陷和集合，并展示了在二维磁体CrSBr中成像磁性的应用。
2025-12-12 quant-ph
Hamiltonian of Homonucleus Molecules for NMR Quantum Computing
推导了同核分子作为计算源的核磁共振量子计算在旋转坐标系下的哈密顿量。由此得到的哈密顿量不同于文献中出现的常规哈密顿量。结果表明，设计用于异核自旋的控制脉冲可以通过简单地用具有适当选择的脉冲宽度的软脉冲代替硬脉冲而转化为同核自旋的脉冲。为了证明我们的哈密顿量的有效性，我们进行了几个实验，采用胞嘧啶作为同核分子。所有的实验结果表明，我们的哈密顿量准确地描述了自旋的动力学，而传统的哈密顿量失败。最后，我们使用我们的哈密顿量精确控制场的不均匀性补偿与一对$π$脉冲。
2005-03-18 quant-ph
Universal quantum gates based on a pair of orthogonal cyclic states: Application to NMR systems
我们提出了一个实验上可行的方案来实现基于一对正交循环态的量子计算。在该方案中，量子门可以基于循环演化中累积的总相位来实现。特别地，几何量子计算可以通过消除在整个演化中积累的动态相位来实现。因此，量子计算的动力学和几何操作在本理论中都是可行的。这组门的物理实现是为NMR系统设计的。另外有趣的是，我们发现，一组通用的几何量子门在NMR系统中可以实现在一个周期，通过简单地选择特定的参数的外部旋转磁场。此外，我们还明确地证明了一种多回路方法来消除几何量子门中的动态相位。我们的结果可能为量子逻辑门的实验实现提供有用的信息。
2003-03-02 quant-ph
High Resolution non-Markovianity in NMR
无记忆的时间演化在自然界中普遍存在，但通常对应于分辨率诱导的近似，即存在时间上的相关性，其影响是不可检测的。最近在小量子系统的动力学控制方面的进展提供了理想的场景来探测其中的一些效果。在这里，我们通过实验证明了通过在其环境中设计的相关性对量子硬币（量子比特）进化的记忆效应的精确诱导。特别地，我们设计了一个核磁共振（NMR）中的碰撞模型，并通过改变环境中的相关程度及其与量子比特相互作用的时间来精确控制效应的强度。我们还展示了这些效应如何被量子位上测量的有限分辨率所隐藏。该实验加强了NMR作为研究开放量子系统和模拟其经典对应物的试验台。
2016-03-17 quant-ph
NMR Experimental Demonstration of Probabilistic Quantum Cloning
量子克隆的方法主要分为两大类：近似量子克隆和概率量子克隆。前一种方法用于确定性地近似未知的量子态，后一种方法用于概率性地忠实地复制量子态。到目前为止，许多近似克隆机器已经在实验中得到了验证，但概率克隆仍然是一个实验挑战，因为它需要更复杂的网络和更高水平的精确控制。在这项工作中，我们设计了一个有效的量子网络与有限的资源，并进行了第一次实验演示的概率量子克隆在NMR量子计算机。在我们的实验中，Duan和Guo提出的最佳克隆效率[Phys.Rev.Lett. \textbf{80}，4999（1998）]中的方法。
2011-04-19 quant-ph
Experimental realization of a fetching algorithm in a 7 qubit NMR quantum computer
从未排序的数据库中搜索标记项目是一个重要的科学问题，也是计算设备的基准。使用一个7量子位的液体核磁共振量子计算机，我们已经成功地证明了一个混合的量子提取算法，发现标记的项目，只有一个单一的查询。其基本思想是量子计算机的并行操作。我们给出了7个量子比特相干控制的详细脉冲序列。该脉冲序列不仅可用于系综量子计算，而且可作为一种通用的控制门，用于量子算法的实验设计和其他量子计算机方案中的一般量子信息处理任务.还提供了可扩展到任意量子比特数的算法的推广。
2002-07-15 quant-ph
A microwave scattering spectral method to detect the nanomechanical vibrations embedded in a superconducting qubit
纳米机械谐振器作为量子力学传感探针，在各种高精度量子测量中发挥着重要作用。与先前的发射光谱探测器不同（即，NMR修改了原子发射），在本文中，我们提出了一种替代方法，即，通过探测耦合到驱动微波的量子力学探针的散射光谱，来表征嵌入在基于rf-SQUID的超导量子比特中的NMR的物理特征。结果表明，从观测到的频谱中的特定频率点，即，无论是波谷还是波峰，振动特征（即，它们是经典振动或量子力学振动），并且可以有效地确定NMR的物理参数（典型地诸如振动频率和位移）。该建议是可行的，与目前的技术，并应有助于设计所需的NMR为各种量子点的应用。
2022-10-23 quant-ph
A continuous approach to Floquet theory for pulse-sequence optimization in solid-state NMR
我们提出了一个框架，使用连续的频率空间来描述和设计固态NMR实验。该方法是类似于既定的Floquet治疗NMR，但不限于周期性哈密顿，并允许设计的实验中的一个相反的方式。该框架基于连续傅立叶空间上的扰动理论，这导致有效的，即，与时间无关的哈密顿量它允许从作为自旋系统参数的函数的期望的有效哈密顿量的脉冲方案的反向计算。作为一个例子，我们展示了如何从所需的化学位移偏移行为的序列中的反射镜实验中的RF辐射回计算。
2022-07-12 physics.chem-ph quant-ph
Experimental construction of a symmetric three-qubit entangled state and its utility in testing the violation of a Bell inequality on an NMR quantum simulator
本研究在NMR量子模拟器上实验构建对称三量子比特纠缠态，并利用该态与最大不相容测量展示对Sliwa分类中第26号紧致贝尔不等式的最大违背。
2022-06-26 quant-ph
A smoothing monotonic convergent optimal control algorithm for NMR pulse sequence design
在过去的十年中，人们对在相干量子可控系统中使用基于最优控制的方法越来越感兴趣。这种方法的多功能性已经在核磁共振（NMR）中以特别优雅的方式被证明，其中相干和耗散自旋动力学过程之间的自然分离使得能够在长时间内进行相干量子控制，以将实验塑造成几乎理想地采用自旋系统和外部操纵。这导致了新的设计原则，以及强大的新的实验方法，在磁共振成像，液态和固态NMR光谱。为了使这种发展继续下去并扩大，至关重要的是要不断改进底层的数值算法，以提供与当前仪器上的实现最佳兼容的数值解，同时数值稳定并提供快速单调收敛到目标。针对这些目标，我们在这里提出了一个平滑单调收敛算法的磁共振脉冲序列设计，提高优化稳定性，导致平滑脉冲序列更容易实现实验和潜在的理解内的分析框架现代NMR光谱。
2010-02-08 math.OC physics.chem-ph quant-ph
Design and application of robust rf pulses for toroid cavity NMR spectroscopy
我们提出了强大的射频（rf）脉冲，容忍的因素，在B1场的不均匀性，显着提高了潜在的环形腔谐振器的NMR光谱应用。基于最优控制理论，采用梯度上升脉冲工程（GRAPE）算法对点到点（PP）和酉旋转（UR）脉冲进行了激励、反演和重聚焦优化。此外，应用于绝热BIR-4 UR脉冲方案的优化参数化（OP）算法实现了超短（50微秒）脉冲，与标准实现相比具有可接受的性能。OP还发现了一类新的非绝热脉冲形状，在BIR-4框架内具有改进的性能。然而，没有一个OP-BIR 4脉冲与更普遍优化的UR脉冲竞争。新脉冲的优点在模拟和实验中得到了证明。特别是，这里提出的DQF COSY结果代表了使用环形探针的2D NMR光谱的第一个实施。
2010-11-29 physics.chem-ph quant-ph
Non-adiabatic conditional geometric phase shift with NMR
条件几何相移门是近年来利用核磁共振技术在绝热条件下研制的一种具有一定误差容错能力的几何相移门。根据绝热要求，除非汉密尔顿在过程中变化得极其缓慢，否则结果是不准确的。然而，在量子计算中，一切都必须在退相干时间内完成。量子计算机的功耗与在退相干时间内可以进行的最大逻辑门运算次数成指数关系，这就要求量子计算中的每一个逻辑门都具有很高的运行速度。绝热条件使得任何快速的条件Berry相位（循环绝热几何相位）移位门都是不可能的。在这里，我们表明，通过使用一个新的设计序列的简单操作与一个额外的垂直磁场，条件几何相移可以做到非线性。因此，几何量子计算可以在与通常量子计算相同的速度水平上进行。
2002-08-22 quant-ph
Large circuit execution for NMR spectroscopy simulation on NISQ quantum hardware
本研究利用NISQ量子硬件和误差抑制技术，实现了高场域下34个自旋系统的1D NMR光谱模拟，显著降低量子噪声并提升计算精度。
2025-12-16 quant-ph
Quantum Alternating Operator Ansatz for the Preparation and Detection of Long-Lived Singlet States in NMR
本研究设计了用于NMR中长寿命单重态制备的QAOA序列，经数值与双量子比特实验验证其在含噪条件下性能优于主流方法，并可拓展至多质子系统。
2025-06-05 physics.chem-ph quant-ph
Comment on 'Design and circuit simulation of nanoscale vacuum channel transistors' by J. Xu, Y. Qin, Y. Shi, Y. Yang and X. Zhang, Nanoscale Adv. 2020, 2, 3582
这些评论旨在纠正最近一篇关于纳米真空沟道晶体管的论文中给出的场电子发射理论中的一些明显缺陷，并改进该理论的表述。特别是，有人认为不应使用论文中所述的“简化”公式，因为众所周知，该公式会以很大的系数低估发射电流密度（对于局部功函数为4.5 eV的发射表面，通常约为300）eV）。因此，“简化”公式可能显著低估纳米级真空沟道晶体管的实际性能。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.data-an
Liquid state NMR simulations of quantum many-body problems
最近开发的量子算法表明，原则上，量子计算机可以比经典计算机更有效地解决物理系统模拟等问题。要将这些概念性的想法应用到实际的量子计算机中，还有很多工作要做。作为一个小规模的演示他们的能力，我们模拟了一个简单的多费米子问题，Fano-Anderson模型，使用液态核磁共振（NMR）。我们仔细设计了我们的实验，以便资源需求将随着要模拟的量子系统的大小而多项式地增加。实验结果使我们能够评估在这类实验中达到的量子控制程度的极限。对具有不同粒子统计的其它物理系统的模拟也进行了讨论。
2004-10-13 cond-mat.other quant-ph
Design of High-Performance Photon Number Resolving Photodetectors Based on Coherently Interacting Nanoscale Elements
在基础科学和技术中的许多应用将受益于高保真光子数分辨光电探测器。虽然最近在这个方向上取得了一些实验进展，但对真实光子数分辨率的要求是严格的，目前还没有实现这一目标的设计。在这里，我们采用基本量子光学的技术来证明，由亚波长元件组成的探测器与光子场共同作用，可以实现高性能的光子数分辨率。我们提出了一种新的设计，同时实现光子数分辨率，高效率，低抖动，低暗计数，高计数率。我们讨论了满足设计要求的具体系统，指出纳米器件元件的重要作用。
2020-05-20 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum Computing Gates via Optimal Control
我们演示了使用最优控制来设计两个熵操纵量子门，这两个量子门比相应的常用门（如CNOT和Toffoli（CCNOT））更复杂：使用GRAPE（一种最优控制算法）设计了一个称为PE（偏振交换）的2量子比特门和一个称为COMP（偏振压缩）的3量子比特门。这两个门都是为三自旋系统设计的。我们的设计提供了高效和强大的NMR射频（RF）脉冲13 C2-三氯乙烯（TCE），我们选择的三自旋系统。然后，我们在核磁共振实验室将这两个量子门实验应用到TCE上。这些门和其他门的这种设计可能与量子计算设备的近期应用有关。
2013-09-01 cond-mat.other quant-ph
