High-fidelity Rydberg-blockade entangling gate using shaped, analytic pulses
我们表明，使用整形脉冲提高了里德堡封锁两个量子比特纠缠门的保真度几个数量级相比，以前的协议的基础上方脉冲或最佳控制脉冲。使用分析导数去除绝热门（DRAG）脉冲，减少激发的主要泄漏状态和分析方法，找到最佳的里德伯封锁，我们产生贝尔态的保真度$F>0.9999$在300 K的环境中的门时间只有$50\;{\rm ns}$，这是一个数量级比以前的协议更快。这些结果建立了可扩展的量子计算与里德堡封锁门的中性原子量子比特的潜力。
2016-09-07 physics.atom-ph quant-ph
Binding potentials and interaction gates between microwave-dressed Rydberg atoms
我们证明了在微波场驱动下，通过吸引和排斥范德华势相互作用的里德伯原子对之间的有限范围结合势。我们发现，利用相消量子干涉抵消单原子里德伯激发，可以从两原子基态选择性地相干布居到里德伯二聚体态。这可以用来实现两个量子比特的相互作用门，它不受原子之间的机械力的影响，因此不受运动退相干的影响。
2014-09-22 physics.atom-ph quant-ph
Spatial dependence of fidelity for a two-qubit Rydberg-blockade quantum gate
研究了H. Levine等人（Phys.Rev.Lett. 123，170503（2019））。这个门基于里德伯封锁技术，由两个全局激光脉冲组成，驱动附近的原子。我们分析了相互作用$^{87}$ Rb里德伯原子的多级塞曼结构，并使用特定的驱动光束的几何形状和偏振模型的两个实验可用的激发方案。特别是，我们估计封锁移位依赖于原子间的距离和角度相对于量子化轴。此外，我们表明，使用里德堡$d$ -状态，相反，$s$ -状态，导致一个明显的角度依赖的封锁移位和门保真度。
2022-06-24 physics.atom-ph quant-ph
All-optical quantum information processing using Rydberg gates
在这项工作中，我们提出了一个混合方案，实现光子控制z（CZ）门使用光子存储在高激发里德堡态，它控制有效的光子-光子相互作用，使用谐振微波场。我们的方案从相互作用中分离出光的传播，并利用偶极阻塞现象的空间特性来实现具有最小损耗和模式失真的CZ门。不包括耦合效率，结晶度超过95%是可以实现的，并发现主要是有限的运动退相和有限的寿命的里德伯能级。
2013-09-30 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg atom mediated polar molecule interactions: a tool for molecular-state conditional quantum gates and individual addressability
我们研究了利用基态分子与里德伯原子的相互作用在分子量子位之间构造双量子位门并相干控制分子态的可能性。在里德伯原子的电子轨道内的极性分子可以移动里德伯态，或者形成里德伯分子。原子位移和里德伯分子态都依赖于极性分子的初始内部状态，导致里德伯原子之间的范德华或偶极-偶极相互作用依赖于分子态。里德伯原子介导的极性分子之间的相互作用可以增强高达$10^{3}$倍。我们描述了极性分子和里德伯原子之间的耦合如何应用于分子态的相干控制，具体地说，应用于光晶格中分子的单独寻址和分子量子比特的非破坏性读出。
2011-05-10 physics.atom-ph 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
Symmetric Rydberg controlled-Z gates with adiabatic pulses
我们分析了中性原子里德堡$C_Z$门的基础上的绝热脉冲对称地施加到两个原子。利用光滑脉冲波形和Cs原子参数的分析预测，利用绝热快速通过（ARP）脉冲，门可以产生具有保真度${\mathcal F}>0.999$的Bell态。利用全局优化的绝热脉冲波形，在双光子激发过程中，我们产生了具有保真度${\mathcal F}=0.997$的Bell态。该分析充分考虑了中间态和里德伯态的自发发射，包括室温环境中的里德伯寿命，但不包括激光噪声引起的误差。门协议不需要单独寻址，并显示出对由于原子运动的多普勒频移是强大的。
2020-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Protocols for Rydberg entangling gates featuring robustness against quasi-static errors
本研究提出一类基于里德堡阻塞的中性原子纠缠门新协议，采用共振全局激光脉冲实现受控相位门，验证其对拉比频率校准误差、激光强度波动的鲁棒性，并给出适配原子运动多普勒频移的改进方案。
2022-10-17 physics.atom-ph quant-ph
Optimal model for fewer-qubit CNOT gates with Rydberg atoms
少量子比特量子逻辑门作为构造通用多量子比特门的基本单元，在量子计算和量子信息中有着广泛的应用。然而，传统的构造少量子比特门通常使用多脉冲协议，这在门执行期间不可避免地遭受严重的固有错误。在这篇文章中，我们报告了一个关于通用的两个和三个量子比特的CNOT门介导的激发到里德伯态与容易访问的范德华相互作用的最佳模型。该门采用遗传算法全局优化实现脉冲的幅度和相位调制，可以用较少的光脉冲实现门的工作。与传统的多脉冲分段方案相比，该方案可以通过同时激发原子到里德堡态来实现，节省了在不同空间位置进行多脉冲开关的时间。我们的数值模拟结果表明，在不考虑里德伯相互作用涨落的情况下，对于两个相距7.10 $μ$ m的量子比特，单脉冲两（三）量子比特CNOT门的保真度可以达到99.23 $\%$（90.39 $\%$）.我们的工作对于实现快速方便的多量子位量子计算在中性原子量子技术研究中具有重要意义。
2021-12-16 physics.atom-ph quant-ph
A Rydberg blockade CNOT gate and entanglement in a 2D array of neutral atom qubits
我们给出了二维量子位阵列中两量子位里德堡封锁量子门和纠缠的实验结果。在没有针对原子损失的后选择的情况下，我们实现了$0.73\pm 0.05$的贝尔态保真度，这是迄今为止报道的最高值。实验是在单Cs原子量子位阵列中进行的，其位置间距为$3.8 ~ μ\rm m$。使用标准协议的里德伯封锁C $_Z$门与单量子位操作一起，我们创建贝尔状态，并使用奇偶振荡测量其保真度。我们分析了AC斯塔克位移的作用时，使用双光子里德伯激发，并显示如何调整实验条件的最佳门保真度。
2015-07-17 physics.atom-ph quant-ph
An asymmetric and fast Rydberg gate protocol for entanglement outside of the blockade regime
Infleqtion；University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
本文提出一种非对称快速Rydberg门协议，无需强Rydberg相互作用即可实现高保真度操作，并扩展到任意受控相位。
2026-07-07 physics.atom-ph quant-ph
Coherent control of a single trapped Rydberg ion
囚禁里德堡离子是量子计算和模拟的一种新方法。他们的设想是将捕获离子量子位的精细控制与已经在中性原子实验中证明的快速双量子位里德堡门结合起来。相干里德堡激发是这些门的关键要求。在这里，我们进行了第一次相干里德伯激发的离子，并执行单量子比特里德伯门，从而展示了一个被困里德伯离子量子计算机的基本要素。
2017-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Parallel execution of quantum gates in a long linear ion chain via Rydberg mode shaping
我们提出了一种机制，允许并行执行多个量子门操作在一个单一的长线性离子链。我们的方法是基于大的相干力，当离子被电子激发到长寿命的里德伯态时发生。里德伯离子的存在极大地影响了离子晶体的振动模式结构，从而产生在空间上定位在隔离的子晶体上的模式，所述子晶体可以被单独地和独立地操纵。我们从理论上讨论了这里德伯模式整形在实验上现实的设置，并说明其电源通过分析并行执行的两个条件相位翻转门的保真度。我们的计划突出了一个可能的路线，通过振动模式成形控制在单离子水平上的大规模量子计算。
2012-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Robust Mølmer-Sørensen gate for neutral atoms using rapid adiabatic Rydberg dressing
提出利用快速绝热 Rydberg 缀饰并结合自旋回波校正单原子光频移误差，实现对热运动、激光不均匀和不完美阻塞鲁棒的中性原子 Mølmer-Sørensen 门，保真度可达约 0.995。
2025-01-10 physics.atom-ph quant-ph
A Mølmer-Sørensen Gate with Rydberg-Dressed Atoms
中性原子是量子多体系统的基石。良好控制和高保真纠缠门是实现量子计算、量子模拟和测量的复杂中性原子体系结构的重要组成部分，其精度优于标准量子极限。在这封信中，我们报告的实现一个莫默-索伦森幺正两个中性原子之间，基于绝热单光子敷料到里德伯能级。我们表明，这种技术是非常强大的噪声源和实验缺陷，限制了其他方法的保真度中性原子门。
2021-11-29 physics.atom-ph quant-ph
Can the gate time of Rydberg two-qubit gate be shorten by increasing the strength of Rydberg interaction?
本文研究里德伯双量子比特门时间与相互作用强度的关系，发现弱相互作用可加速门操作，并通过几何控制实现快速鲁棒的双量子比特门。
2025-06-18 quant-ph
Fidelity of a Rydberg blockade quantum gate from simulated quantum process tomography
我们提出了一个详细的误差分析里德堡封锁介导的控制非量子门两个中性原子之间的最近在物理评论快报证明。104，010503（2010）和Phys.Rev.A82，030306（2010）。门动态的主方程的数值解，包括所有已知的技术误差源，被证明是在良好的协议与实验。门误差的主要来源进行了鉴定，并为今后的改进提出了建议。我们还提出了量子过程层析成像的数值模拟，以找到内在的保真度，忽略技术误差，里德堡封锁控制的相位门。门保真度的特点是使用轨迹重叠和轨迹距离的措施。我们表明，跟踪距离是线性敏感的有限里德伯封锁移位所产生的错误，并引入一个修改后的脉冲序列，纠正线性错误。我们的分析表明，对于$^{87}$ Rb或Cs原子的特定状态，从模拟量子过程层析成像中提取的本征门误差可以低于0.002。讨论了容错阈值计算中所用的门错误概率与工艺保真度之间的关系。
2012-03-28 physics.atom-ph quant-ph
Multiqubit Toffoli gates and optimal geometry with Rydberg atoms
多量子比特Toffoli门是量子信息处理的核心，具有实现可扩展量子计算机的潜力。在这篇文章中，我们演示了一个多量子比特的封锁门与原子排列在一个三维球阵列。通过演化算法优化控制量子比特在球面上的分布，极大地提高了门的性能，增强了非对称里德堡封锁。这种球形结构不仅可以很好地保持任意控制目标对之间的偶极子封锁能量，使非对称封锁误差保持在非常低的水平;而且还表现出对空间位置变化的前所未有的鲁棒性，导致可以忽略的位置误差。在考虑内禀误差的情况下，利用典型的实验参数，数值计算表明，可以产生保真度为0.992的C $_6$ NOT Rydberg门，且该门只受Rydberg态衰变的限制，为实现多量子比特中性原子量子计算开辟了一个新的高维原子阵列平台.
2022-08-25 physics.atom-ph quant-ph
Spheroidal-structure-based multi-qubit Toffoli gate via asymmetric Rydberg interaction
我们提出了一个异国情调的多量子比特Toffoli门协议，通过非对称里德堡封锁，受益于使用的球形配置，以优化门的性能。球形结构的优点在于在球内的所有控制-靶原子对之间很好地保存了强阻塞能量，这可以持续地将阻塞误差保持在低水平。在对三种不同类型的$(2+1)$门单元进行最小化反封锁误差优化的基础上，最佳$(6+1)$结构的门保真度可达$0.9841$，主要由衰减误差贡献.并讨论了控制原子数目增加时的扩展问题。我们的研究结果可能有助于在特殊的高维阵列中实现可扩展的中性原子量子计算。
2020-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Trapped Rydberg Ions: From Spin Chains to Fast Quantum Gates
本文研究了束缚在线性Paul阱中的里德伯离子的动力学行为，讨论了在构成阱的静态和含时电场存在下离子里德伯态的性质。研究了多离子系统中的相互作用，导出了线性离子链的内电子态和外振子模的耦合方程。我们表明，强偶极-偶极离子之间的相互作用可以通过微波修整场实现。利用具有大量子亏损的低角动量态，可以将内部动力学映射到一个描述离子晶体中里德伯激发动力学的一对缀饰里德伯态的有效自旋模型上。我们证明了通过离子链的激发转移可以在纳秒的时间尺度上实现，并讨论了在离子链中实现快速双量子位门。
2008-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Architecture for fast implementation of qLDPC codes with optimized Rydberg gates
本文针对qLDPC码实现问题，提出基于中性原子长程里德堡门的双变量自行车码实现架构，通过优化量子比特布局与门脉冲，将[[144,12,12]]码纠错周期较此前方案缩短近一倍。
2024-12-25 physics.atom-ph quant-ph
Scaling the neutral atom Rydberg gate quantum computer by collective encoding in Holmium atoms
我们讨论了一种将中性原子里德堡门量子处理器扩展到大量量子比特的方法。极限推导表明，可以直接连接的量子位的数量，通过纠缠门与错误在$10^{-3}$水平上使用远程Rydberg相互作用的网站之间的光晶格，没有机械运动或交换链，是约500在二维和7500在三维。在一个较小的网站数量的比例因子为60，可以得到使用集体寄存器编码的超精细基态的稀土原子钬。我们提出了一个详细的分析操作的60量子位寄存器在钬。将多量子比特集合的晶格与集体编码相结合，可以为1000量子比特的全连接量子处理器提供可行的设计。
2008-05-04 physics.atom-ph quant-ph
Protocols of coherent motion control for an interaction-driven Rydberg gate
Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences（国立自然科学研究所分子科学研究所）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）
研究如何在中性原子量子计算机中产生两比特纠缠，提出结合光镊和二维光学晶格及多脉冲序列的相干控制技术，可降低门误差、减少原子加热，对误差和热激发有鲁棒性，为新里德堡门开辟道路。
2026-07-28 physics.atom-ph quant-ph
Suppressing crosstalk for Rydberg quantum gates
University of Stuttgart（斯图加特大学）
本文提出通过局部寻址抑制Rydberg量子计算机中受控Z门的串扰，通过理论分析和数值模拟展示了一种改进门保真度的方法，显著提升量子门的精度。
2026-03-19 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity Rydberg controlled-Z gates with optimal pulses
本文通过数值优化高斯或分段脉冲形状，在三能级阶梯型原子系统中抑制中间激发态布居，实现了贝尔保真度高达99.92%的快速高保真里德伯受控Z门，且对热涨落和激发场变化具有鲁棒性。
2023-11-24 physics.atom-ph quant-ph
Off-resonant modulated driving gate protocols for two-photon ground-Rydberg transition and finite Rydberg blockade strength
近年来，通过非共振调制驱动的双量子比特控制相位门的概念被引入到中性原子量子比特平台中，用于单光子和双光子基态里德堡跃迁。为了实际上达到更好的性能，需要进一步的发展来克服这种有前途的方法在以前的讨论中的一些已知的限制。在这里，我们彻底分析了各种调制风格的双光子跃迁，展示了非共振调制驱动协议的多功能性。此外，我们表明，它是可能的，以改善特定的有限里德伯封锁强度值的性能改进的设计过程。特别地，对封锁强度的降低的要求可以直接与中性原子的量子位阵列中的连接性的改善相关联。这些进展与原子波函数从时间演化中获得几何相位这一核心特征密切相关，该几何相位开始和结束于同一个量子态。在现有合理的实验条件下，即使考虑到技术误差和冷原子温度的影响，我们预计这些协议的保真度也可以达到NISQ的基本要求。
2022-10-01 physics.atom-ph quant-ph
Two-qubit gate protocols with microwave-dressed Rydberg ions in a linear Paul trap
本文研究了线性保罗阱中微波缀饰里德堡离子的三种受控相位门协议，通过优化激光参数抑制非绝热跃迁，在0.2μs门时间下实现99.25%保真度，超越基态离子门速度，推动快速量子计算与纠错。
2024-12-18 physics.atom-ph quant-ph
Trapping potentials and quantum gates for microwave-dressed Rydberg atoms on an atom chip
Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Center for Quantum Science and Technologies, FORTH（量子科学与技术中心，FORTH）；University of Crete（克里特大学）；German Research Center for Artificial Intelligence（德国人工智能研究中心）；Eberhard Karls Universität Tübingen（蒂宾根大学）
通过微波场调控瑞利原子的电偶极矩，实现捕获势和量子门操作，用于原子芯片上的量子计算。
2026-01-28 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg Quantum Wires for Maximum Independent Set Problems with Nonplanar and High-Degree Graphs
本研究提出带辅助原子的里德堡量子线方案，构建三维里德堡原子阵列，通过可编程量子模拟器求解非平面图、高次图的最大独立集NP-hard问题，为构建多体纠缠、实现组合优化量子优势提供新途径。
2021-09-08 physics.atom-ph quant-ph
Asymmetric blockade and multi-qubit gates via dipole-dipole interactions
由于里德伯原子之间的强相互作用和可调相互作用，可以用来实现快速的两量子比特纠缠门。我们提出了一个通用的两量子比特的里德伯封锁门的推广到多量子比特的里德伯封锁门，同时涉及许多控制量子比特和许多目标量子比特。这是通过使用强微波场来修饰附近的里德伯态来实现的，导致不对称封锁，其中控制-目标相互作用比控制-控制和目标-目标相互作用强得多。这些多量子比特门的实现可以大大简化量子算法和状态准备。为了说明这一点，我们表明，25个原子的GHZ态可以创建仅使用三个门与7.8%的误差。
2020-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Detuning- and Stark-robust Rydberg gates
California Institute of Technology（加州理工学院）；Oratomic（奥拉托米克）
本文提出一种量子比特态均参与的里德伯门框架，构造出可抵消或局部修正光移误差的协议，其性能优于常用的时间最优里德伯门，且证明了里德伯“飞越”纠缠门的存在，为中性原子量子计算提供重要基础。
2026-08-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Two-qubit controlled-PHASE Rydberg blockade gate protocol for neutral atoms via off-resonant modulated driving within a single pulse
中性原子阵列是研究量子逻辑门的理想平台，人们一直致力于提高双量子比特逻辑门的保真度。我们报告了我们最近的研究结果，在构建一个不同类型的两个量子比特控制相位量子门协议与中性原子启用里德堡封锁，其目的是在鲁棒性和高保真度。它依赖于调制的驱动脉冲与特殊定制的平滑波形，以获得适当的相位积累的量子门。其主要特点包括在单个脉冲内完成门操作，不需要单独的位置寻址，对封锁移位的精确值不敏感，同时抑制了布居泄漏误差和旋转误差。在考虑原子运动、激光功率波动、功率不平衡、自发发射等误差的情况下，我们期望该协议具有较高的保真度，并希望该协议能在其他量子比特平台的量子门设计和量子最优控制的其他领域中产生新的应用.
2019-10-18 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg Entangling Gates in Silicon
在本文中，我们提出了一个新的里德伯纠缠门计划，我们从理论上证明有一个数量级的改进，在qualities和速度超过现有的协议。我们发现，将这种门应用于硅中的施主将有助于克服原子精确施主位置和大量的门调谐的苛刻要求，到目前为止，这阻碍了缩放。我们计算了多个捐助物种使用有限元法的多路里德伯相互作用，并表明，诱导电偶极子和范德华相互作用，计算在这里的第一次，是重要的，即使是低的激发态。我们表明，里德伯门操作是可能的施主激发态的寿命内与99.9%的保真度的贝尔态的存在下，消相干的创建。
2020-11-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Interspecies Förster resonances of Rb-Cs Rydberg $d$-states for enhanced multi-qubit gate fidelities
本文分析Rb-Cs里德堡d态的种间Förster共振，识别最强耦合通道，证明可实现最高k=4的高保真多量子比特C_kZ门，并发现d态比s态更有效抑制种内耦合，适用于大规模中性原子量子处理器。
2024-02-15 physics.atom-ph quant-ph
Electron cloud design for Rydberg multi-qubit gates
本文提出了在光晶格中，利用里德伯电子与自旋相关晶格中基态原子的费米散射作为相互作用源的量子处理。这种相互作用不依赖于里德伯对势，而是通过设计单个里德伯原子的电子云来控制。在这里，我们特别提出了两个突出的多量子比特门的实现，即稳定相位算子和Toffoli门。新方案通过抑制多量子比特操作中短寿命里德堡态的布居，解决了里德堡量子模拟中的主要瓶颈。该方案减轻了不同的竞争不失真标准，消除了不必要的串扰，并允许在密集的原子格中操作。分子型Ryd-Fermi势中的回复力在长的相互作用期间保持捕获。新方案中的特征对于量子优化和纠错算法的实现具有特别的意义。
2023-01-29 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Symmetric $C_Z$ gate for ultracold neutral atoms based on counterdiabatic driving at Rydberg excitation
Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS（拉扎诺夫半导体物理研究所西伯利亚分院）；Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）；Institute of Laser Physics SB RAS（激光物理研究所西伯利亚分院）；Division of Precision Measurement Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所精密测量物理研究室）
本文提出一种基于对称双序列亚阿哈洛夫脉冲的中性原子Rydberg阻塞C_Z门方案，通过反常驱动减少量子门操作时间，实现高保真度纠缠门。
2026-10-02 physics.atom-ph quant-ph
Sub-microsecond entangling gate between trapped ions via Rydberg interaction
在比相干时间短得多的时间尺度上产生大系统中的量子纠缠是强大的量子模拟和计算的关键。被囚禁的离子是最精确控制和最好隔离的量子系统之一，具有通过几十微秒内的少离子晶体的振动运动操作的低误差纠缠门。为了超越经典计算机所能处理的复杂性水平，主要的挑战是在大离子晶体中实现快速纠缠操作。极性分子和里德伯原子系统中强的偶极-偶极相互作用允许更快的纠缠门，但与捕获离子相比的稳定的状态无关的限制需要在这些系统中得到证明。在这里，我们结合了这些方法的好处：我们报告了一个$700\,\mathrm{ns}$两离子纠缠门，利用被困里德伯离子之间的强偶极相互作用，并产生一个贝尔态与$78\%$保真度。门误差的来源被识别，并预测低于$0.2\%$的总误差的实验可实现的参数。此外，我们预测，剩余耦合到运动模式贡献$\sim 10^{-4}$门误差在一个大的离子晶体的100个离子。这为显着加速和扩大捕获离子量子计算机和模拟器提供了新的途径。
2019-08-29 physics.atom-ph quant-ph
Resilient quantum gates on periodically driven Rydberg atoms
量子门的容错实现是实现量子计算的前提之一。里德伯原子平台是实现量子计算最有希望的候选平台之一。我们提出在里德伯原子上实现一个受控的$Z$门，其中一个调幅场被用来诱导里德伯反封锁。通过调节振幅调制场可以大大增强门对里德伯-里德伯相互作用涨落的鲁棒性。此外，我们在靶原子上引入Landau-Zener-Stückelberg跃迁，以提高门对门时间偏差和脉冲幅度漂移的恢复能力。在合理的实验参数下，可以实现由原子衰变、原子间偶极-偶极力和多普勒效应引起的低保真度误差。最后，我们将门方案推广到多量子比特的情况下，弹性多量子比特相位门可以在一个步骤中获得，随着量子比特数量的增加，门时间不变。
2021-01-07 quant-ph
Effective Rabi dynamics of Rydberg atoms and robust high-fidelity quantum gates with a resonant amplitude-modulation field
在两个里德伯原子上加一个共振振幅调制场，我们提出了一种里德伯反封锁（RAB）机制，在该机制中，原子的集体基态和激发态之间产生拉比振荡。控制Z门可以通过拉比循环产生。此外，通过修改参数关系，解决了RAB门的几个常见问题。整形脉冲增强了门的保真度和门对控制误差的鲁棒性。放宽了对Rydberg-Rydberg相互作用强度控制精度的要求。此外，原子激发被抑制，因此门对原子衰变的鲁棒性增强。
2020-03-05 quant-ph
High-fidelity Rydberg quantum gate via a two-atom dark state
我们提出了一个中性原子的双量子比特门，其中一个逻辑状态分量的几何形状遵循由激光耦合到里德伯态和两个里德伯激发原子之间的强共振偶极-偶极交换相互作用形成的两个原子的暗态。我们的门表现出最佳的缩放的固有错误概率$E \propto (Bτ)^{-1}$与原子间的相互作用强度$B$和里德堡态寿命$τ$。此外，门是弹性的相互作用强度的变化，即使是有限的双里德伯激发的概率，门不激发原子的运动和经验没有退相干由于内部平移纠缠。
2017-10-10 quant-ph
Detuning-robust Rydberg entangling gates from echoed pulses
The University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Duke University（杜克大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本研究设计了抗失谐的里德伯纠缠ZZ门，将一阶失谐误差归为单量子比特Z旋转并由回波序列消除，大幅放宽了对激光频率稳定性等的要求，推动中性原子实用容错量子计算发展。
2026-09-04 physics.atom-ph quant-ph
Robust Rydberg interaction gates with adiabatic passage
我们证明了在绝热过程中，人们可以可靠地驱动一对原子的基态和相互作用里德堡态之间的双光子光学跃迁。对于有限的里德伯相互作用强度的一个新的绝热路径的双里德伯激发态时，确定了一个常数失谐施加相对于一个中间的光激发能级。激发原子之间的里德伯相互作用提供了可以用于在原子基态量子比特上实现量子门操作的相位。
2013-11-20 quant-ph
Influence of ground-Rydberg coherence in two-qubit gate based on Rydberg blockade
对于中性原子量子位，两量子位门通常通过里德伯封锁效应实现，这暗示了里德伯能级除了常规量子位寄存器状态之外的特殊状态。在这里，我们进行了实验和理论研究，以揭示控制量子位原子的地里德伯相干性如何影响双量子位受控Z（$C_Z$）门的过程，例如通常使用的地里德伯$π$ -gap- $π$脉冲序列最初在Phys. Rev. Lett中提出。\textbf{85}，2208（2000）.测量了控制量子比特原子在$π$ -gap- $π$脉冲作用下的退相干，并与从基态-里德伯跃迁的Ramsey条纹中提取的典型退相干时间$τ_{gr}$进行了直接比较.特别是，我们观察到，控制量子位原子受到这样的脉冲序列经历的过程，这是基本上类似于地面Rydberg拉姆齐干涉。此外，我们建立了一个简单的理论模型，将控制量子比特在$C_Z$门$π$ -gap- $π$脉冲序列和$τ_{gr}$作用下的退相干过程联系起来，并分析了退相干效应的典型来源。最后，我们讨论了$C_Z$门保真度的损失，由于限制所施加的地面里德伯相干属性和前景，以提高保真度与新的门协议。
2020-12-23 quant-ph
Quantum gates in mesoscopic atomic ensembles based on adiabatic passage and Rydberg blockade
我们提出了绝热通道中的几何相位补偿方案，该方案可用于实现由任意数量的强相互作用原子组成的原子系综的量子逻辑门。分析了使用受激拉曼绝热通过（STIRAP）或绝热快速通过（ARP）脉冲的双序列的协议。在两个STIRAP序列之间切换失谐的符号，或反转两个ARP脉冲之间的相位，提供了具有良好定义的幅度和相位的状态转移，其独立于里德伯阻断机制中的原子数。使用这些脉冲序列，我们提出了通用的单量子比特和两个量子比特的操作在原子系综包含一个未知数量的原子协议。
2013-05-20 physics.atom-ph quant-ph
Towards an experimentally feasible controlled-phase gate on two blockaded Rydberg atoms
我们研究了在空间分离的偶极阱中的一对里德伯原子上的受控Z门的实现，其中两个原子到里德伯能级的联合激发被强烈抑制（里德伯阻断）。我们遵循Jaksch等人的绝热门方案。[1]，其中使用激光相干激发原子对，并将其应用于Gaëtan等人概述的实验装置。[2]。我们应用优化的实验参数，以提高门的保真度，并考虑几个实验的限制门的成功的影响。
2014-04-02 quant-ph
Multipartite controlled-NOT gates using molecules and Rydberg atoms
Northeast Normal University（东北师范大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；The University of Nottingham（诺丁汉大学）；Yanbian University（延边大学）
本文提出了一种基于非传统里德堡泵浦机制的混合系统，实现高保真度的受控不门，通过分子和里德堡原子的内部结构与强偶极子-偶极子相互作用，实现了二到一和一到二的门配置，展示了高保真度的量子信息处理平台。
2026-03-31 quant-ph
Robust control and optimal Rydberg states for neutral atom two-qubit gates
本研究利用量子最优控制技术，为中性原子平台设计了抗实验控制偏差的鲁棒CZ门，结合锶-88原子物理性质确定最优Rydberg态，在考虑Rydberg态有限寿命下实现了高Bell态保真度，有效降低近期量子计算设备的错误率。
2023-04-21 physics.atom-ph quant-ph
Quantum computation in a hybrid array of molecules and Rydberg atoms
我们表明，极性分子阵列与里德伯原子相互作用是一个有前途的混合系统的可扩展的量子计算。量子信息存储在分子的长寿命超精细或旋转状态中，这些分子通过与里德伯原子的共振偶极-偶极相互作用间接地相互作用。基于这种相互作用的双量子位门具有1 $μ$ s的持续时间和99.9%的可实现保真度。门对粒子的运动状态几乎不敏感-分子可以处于热状态，原子在里德伯激发期间不需要被捕获，门不加热分子，并且加热原子的影响可以忽略不计。在一个大型的静态阵列中，门可以应用于相隔数十微米的任意分子对，使该方案具有高度可扩展性。分子-原子相互作用还可以用于快速量子位初始化和高效、非破坏性的量子位读出，而不驱动任何分子跃迁。单量子比特门仅使用微波脉冲驱动，利用旋转状态之间的强电偶极跃迁。因此，大规模量子计算所需的所有操作都可以在不移动分子或将其激发出基态的情况下完成。
2022-06-05 physics.atom-ph quant-ph
Quantum gates with weak van der Waals interactions of neutral Rydberg atoms
中性原子在大规模量子计算中具有广阔的应用前景，但精确的中性原子纠缠依赖于大的里德伯相互作用，而里德伯相互作用对原子间距离有很大的限制.通过一个相位积累失谐拉比周期的Rydberg相互作用的相似幅度的Rydberg拉比频率，我们研究了一个控制相位门与任意相位，并将其扩展到控制非门。该门只需要三步耦合一个里德伯态，依赖于容易接近的范德华相互作用，自然产生的遥远的原子之间，并没有旋转误差在弱相互作用制度。重要的是，它们可以在非常弱相互作用的情况下工作，这样分离良好的量子比特就可以纠缠在一起。该门对Rydberg相互作用的不可消除的涨落敏感，但在距离大于20~ $μ$ m的量子位的真实位置涨落下，仍能保持98%以上的保真度.
2022-12-13 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Quantum information with Rydberg atoms
主量子数量子数n >> 1的里德伯原子具有夸张的原子性质，包括偶极-偶极相互作用的比例为n^4，辐射寿命的比例为n^3。十年前就有人提出利用这些特性在中性原子量子比特之间实现量子门。一个强大的，长距离的相互作用，可以相干地打开和关闭的可用性是一个使资源的广泛的量子信息任务远远超出了原来的门的建议。Rydberg使能的能力包括远程双量子位门、多量子位寄存器的集体编码、鲁棒的光原子量子接口的实现以及模拟量子多体物理的潜力。本文综述了近十年来里德堡介导的量子信息处理的理论和实验研究进展。
2010-05-12 physics.atom-ph quant-ph
Entanglement of neutral-atom chains by spin-exchange Rydberg interaction
研究了实现强里德伯自旋交换相互作用的条件，并提出了一种产生两两纠缠和实现中性原子类SWAP量子门的方法。基态纠缠是利用光学技术将纠缠的里德伯态映射到基态而产生的。一个包含SWAP门和两两纠缠操作的协议被预言在一个独立于$N$的时间内产生$N$原子链的全局纠缠。
2014-12-09 physics.atom-ph quant-ph
Prospects for fast Rydberg gates on an atom chip
原子芯片是一个有前途的候选人，为量子信息处理提供了一个通用的一组门可以实现高保真度的可扩展架构。实现普适性的困难部分是纠缠的双量子比特门。我们考虑一个里德堡相位门的两个原子被困在一个芯片上，并采用最优控制理论找到最短的门，仍然产生一个合理的门误差。我们的参数对应于尚未达到里德堡封锁制度的情况。我们讨论了自发发射的作用和来自芯片表面的噪声对处于里德伯态的原子的影响。
2011-04-14 quant-ph
Implementing a neutral-atom controlled-phase gate with a single Rydberg pulse
人们可以通过利用里德堡封锁来实现快速的两量子比特纠缠门。虽然已经提出了各种理论方案，但由于实验的限制，实验人员还没有能够证明高保真度的双原子门。我们提出了一种新的方案，它只使用一个单一的里德堡脉冲照射两个原子，中性原子控制相位门的建设。与现有的方案相比，我们的方法更容易实现，既不需要单独寻址原子，也不需要绝热过程。利用基于实际实验场景估计的参数，可以实现高于0.99的门保真度。
2016-02-24 quant-ph
Quantum Computing with Circular Rydberg Atoms
里德伯原子阵列是量子计算和模拟的领先平台，它将强相互作用与高度相干的操作和灵活的几何结构相结合。然而，可实现的量子效率受限于里德堡态的有限寿命，以及诸如原子运动等技术缺陷。在这项工作中，我们提出了一种新的方法，里德伯原子阵列使用长寿命的圆形里德伯态的光阱。基于这些状态的极长寿命，在抑制辐射跃迁的低温微波腔中超过几秒，以及对有限原子温度具有鲁棒性的门协议，我们计划使用当前技术可以实现数百个圆形里德伯原子的阵列，其中$10^{-5}$周围具有两个量子位的门误差。这种方法结合了几个关键要素，包括用于圆形里德堡态的量子非破坏检测技术，使用聚焦光束的有质动力势的局部操纵，使用多个圆形水平编码量子位的门协议，以及强大的动态解耦序列，以抑制原子运动中不必要的相互作用和错误。这代表了对中性原子的量子计算和模拟的当前最新技术的显著改进。
2021-03-23 physics.atom-ph quant-ph
