Fault-tolerant parity readout on a shuttling-based trapped-ion quantum computer
量子纠错需要通过适当的多量子比特相关算子的可靠测量来检测错误。在这里，我们实验证明了一个容错的重量-4奇偶校验测量方案。一个额外的“标志”量子位用于检测整个奇偶校验测量过程中发生的错误，否则这些错误将扩散到量子位寄存器上的不可纠正的权重2错误。我们实现了93.2（2）\%的标记条件下的奇偶测量单次保真度。故意注入位和相位翻转错误，我们表明，容错协议是能够可靠地拦截这样的故障。对于奇偶测量方案的整体基准测试，我们使用纠缠见证来表明所实现的电路产生真正的六量子比特多方纠缠。容错奇偶校验测量方案是一个重要的构建块在一个广泛的类稳定器量子纠错协议，包括拓扑色码。我们的硬件平台是基于原子离子存储在一个分段的微芯片离子阱。量子位寄存器通过穿梭操作动态重新配置，实现有效的完全连接，而没有操作串扰，这为可扩展的容错量子计算提供了关键能力。
2021-07-13 quant-ph
High fidelity quantum gates of trapped ions mediated by a dissipative bus mode
我们描述了在耗散总线模式下囚禁离子的纠缠量子门的最佳实现。通过适当成形的控制脉冲，可以在保持介导的相互作用的同时显著降低离子-声子纠缠。
2016-10-26 quant-ph
Fidelity decay in trapped Bose-Einstein condensates
利用量子保真度（Loschlaughecho）的概念研究了玻色-爱因斯坦凝聚体的量子相干性。冷凝物被限制在一个细长的非谐势阱中，并受到一个小的随机势的作用，例如由激光散斑产生的势。数值实验表明，量子保真度保持恒定，直到一个临界时间，之后它突然下降，在一个单一的陷阱振荡周期。临界时间依赖于凝聚原子的数目和微扰的振幅。这种行为可以通过测量两种在稍微不同的势中演化的凝聚体的干涉条纹来观察。
2008-01-29 quant-ph
Variability and Fidelity Limits of Silicon Quantum Gates Due to Random Interface Charge Traps
硅为量子计算的硬件实现提供了一个有吸引力的材料平台。本研究发展一种微观随机模拟方法来模拟硅金属氧化物半导体（MOS）量子门中随机界面电荷陷阱的效应。统计结果表明，在同位素纯硅中使用快速双量子位门，硅基双量子位量子门的保真度>98%，达到最新MOS界面质量的概率为75%。通过使用复合门脉冲，保真度可以进一步提高到>99.5%，概率为75%。然而，量子门器件之间的变化主要是由于每个器件的陷阱数量少。结果突出了由于随机电荷陷阱和潜在的可变性考虑的重要性，以提高基于硅的量子计算的保真度。
2020-11-11 quant-ph
Implementation of local and high-fidelity quantum conditional phase gates in a scalable two-dimensional ion trap
我们提出了一个方案，以实现高保真度条件相位门对被困离子浸没在一个二维库仑晶体，利用所有轴向模式介导的相互作用，没有边带寻址。通过数值计算表明，通过对激光束进行整形，仅能激发局域模实现纠缠门，从而使量子门的复杂度不随系统尺寸的增加而增加。这些结果为在二维陷阱结构中实现大规模容错量子计算提供了一种有希望的途径。
2009-11-10 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
High-fidelity preparation, gates, memory and readout of a trapped-ion quantum bit
我们实现了所有的单量子位操作的容错量子计算所需的最低阈值以上的显着，使用存储在超精细的“原子钟“状态的$^{43}$钙$^+$捕获离子量子位。我们测量了99.93%的组合量子位状态准备和单次读出保真度，$T^*_2=50$秒的存储器相干时间，以及99.9999%的平均单量子位门保真度。这些结果是在室温微加工表面阱中实现的，而不使用磁场屏蔽或动态去耦技术来克服技术噪声。
2014-10-07 quant-ph
High-Fidelity Simultaneous Detection of Trapped Ion Qubit Register
量子比特态检测是量子计算的重要组成部分。随着量子寄存器中的量子比特数量的增加，有必要保持高保真度检测以准确地测量多量子比特状态。在这里，我们提出了高保真度检测的多量子位捕获离子寄存器的实验演示，平均单量子位检测误差为4.2（1.5）ppm和4量子位状态检测误差为17（2）ppm，限制了量子位的衰变寿命，使用一种新型的单光子敏感的相机，具有快速的数据收集，出色的时间和空间分辨率，和低仪器串扰。
2021-04-20 quant-ph
High fidelity transport of trapped-ion qubits through an X-junction trap array
我们报告可靠的运输9 Be+离子通过2-D陷阱阵列，包括一个单独的加载/水库区和“X-结”。在输运过程中，离子在其局域阱中的动能仅增加了几个运动量子，并且保持了内态相干性。我们还研究了在运输过程中的能量增益的两个来源：一个特定的射频（RF）噪声加热机制和数字采样噪声。这些研究对于实现囚禁离子量子信息处理器的尺度化具有重要意义。
2009-03-30 quant-ph
High-fidelity trapped-ion quantum logic using near-field microwaves
我们在一个室温微制造离子阱中演示了一个由近场微波驱动的双量子位逻辑门。我们测量的门保真度为99.7（1）\%，这高于容错量子计算所需的最低阈值。使用由陷阱电极产生的微波磁场梯度，将门直接应用于$^{43}$ Ca $^+$“原子钟“量子比特（相干时间$T_2^*\approx 50\,\mathrm{s}$）。我们介绍了一种动态解耦门方法，它稳定了量子比特对波动的交流。塞曼位移，避免了需要零微波场。
2016-06-27 quant-ph
High-Fidelity Preservation of Quantum Information During Trapped-Ion Transport
构建可扩展量子模拟器和计算机的一个有前途的方案是使用互连子系统合成可扩展系统。这种方法的先决条件是能够在子系统之间忠实地传递量子信息。对于被捕获的原子离子，这可以通过将具有编码到其内部状态中的量子信息的离子传输来实现。在这里，我们测量高精度的量子信息编码成超精细态的171 Yb+离子在离子传输过程中的微结构保罗陷阱的保真度。离子内部状态的Ramsey光谱与280 μ m距离上的多达4000个传输操作交错，每个传输操作需要12.8 μ s。我们得到的状态保真度为99.9994（+6/-7）每个离子传输。
2018-01-22 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
High-fidelity readout of trapped-ion qubits
我们证明了单次量子比特读出的保真度足以容错量子计算，两种类型的量子比特存储在单个捕获的钙离子。对于存储在40 Ca+的（4S_1/2，3D_5/2）能级上的光学量子比特，使用时间分辨光子计数，我们在一百万次试验中获得了99.991（1）%的平均读出保真度。自适应测量技术允许在145 us的平均检测时间内达到99.99%的保真度。对于43 Ca+长寿命4S_1/2（F=3，F=4）子能级中的超精细量子比特，我们提出并实现了一种简单而稳健的光抽运方案，将超精细量子比特转换为光学量子比特，在10 μ s内理论保真度达到99.95%。实验上，我们实现了99.77（3）%的净读出保真度，推断传输操作的保真度至少为99.87（4）%。
2008-04-22 quant-ph
High Fidelity Single-qubit Gates of a Single Neutral Atom in the Magic-Intensity Optical Dipole Trap
我们演示了在单个中性原子中的高保真单量子比特门操作。原子被囚禁在最近发明的具有更稳定磁场的魔强光偶极阱（MI-ODT）中。MI-ODT有效地减轻了光位移的不利影响，从而充分提高了单量子位门的性能。门电路采用微波驱动，采用随机基准测试方法对门电路的保真度进行了表征。我们得到了一个平均错误的$3.0(7)\times10^{-5}$，这是远远低于错误阈值（$10^{-4}$）的容错的Clifford门。这种误差主要由量子比特的退相引起，实验测量了与Clifford门相关的相干时间。这项工作是构建可扩展量子计算机的重要一步，其中中性原子被困在MI-ODT阵列中。
2017-12-18 quant-ph
Fast and High-Fidelity Readout of Single Trapped-Ion Qubit via Machine Learning Methods
在这项工作中，我们引入机器学习的方法来实现读出的$^{171}\mathrm{Yb^{+}}$捕获离子系统上的单个量子比特。在测试中，将卷积神经网络和全连接神经网络等不同的机器学习方法与传统方法进行了比较。结果表明，机器学习方法具有更高的保真度，更强大的读出结果在相对较短的时间。为了获得99%的读出保真度，神经网络只需要传统阈值或极大似然方法所需的检测时间的一半。此外，我们还在基于硬件的现场可编程门阵列和ARM处理器上实现了机器学习算法。在$^{171}\mathrm{Yb^{+}}$离子阱的嵌入式硬件系统上，在171个$μ$ s内的平均读出保真度为99.5%（$10^5$量级试验）。
2018-10-25 quant-ph
Hybrid Microwave Radiation Patterns for High-Fidelity Quantum Gates with Trapped Ions
我们提出了一种方法，结合连续和脉冲微波辐射模式，以实现强大的超精细囚禁离子之间的相互作用放置在磁场梯度。更具体地说，我们的计划显示连续微波驱动调制相位，相位翻转，和$π$脉冲。这导致高保真纠缠门，其对磁场波动、微波幅度变化和串扰效应具有弹性。我们的协议运行与任意值的微波功率，其中包括技术相关的情况下，低微波强度。我们证明了我们的方法的性能与详细的数值模拟，考虑到退相干的主要来源。
2020-03-03 quant-ph
Cryogenic ion trap system for high-fidelity near-field microwave-driven quantum logic
本文设计并表征了一个低温离子阱系统，通过集成片上微波谐振器与特殊电极几何结构，实现高保真近场微波驱动的量子逻辑门。
2022-07-22 quant-ph
High-fidelity entanglement between a trapped ion and a telecom photon via quantum frequency conversion
静止量子系统和飞行量子比特之间的纠缠是量子中继器网络的基本组成部分。它已被证明为被困离子，被困原子，钻石色心，或量子点。这些系统具有在蓝色、红色或近红外光谱区域中的过渡波长，而长距离光纤通信需要低损耗、低色散电信区域中的波长。将可见光/NIR波长的飞行量子比特与电信波段互连的一种成熟工具是量子频率转换。在这里，我们使用一个有效的偏振保持频率转换器连接854 $\,$ nm的电信O-波段在1310 $\,$ nm的演示之间的纠缠捕获$^{40}$钙$^{+}$离子和电信光子的偏振态与高保真度为98.2 $\pm$ 0.2 $\%$。99.75 $\pm$ 0.18 $\%$的偏振态转换过程保真度、26.5 $\%$的外部频率转换效率和仅11.4光子/s的转换诱导无条件背景的独特组合使转换器成为强大的离子-电信量子接口。
2018-04-19 quant-ph
Efficient motional-mode characterization for high-fidelity trapped-ion quantum computing
为了在大规模量子计算机上实现高保真运算，必须以高精度有效地表征物理系统的参数。对于囚禁离子，量子比特之间的纠缠是由离子链的运动模式介导的，因此表征运动模式参数变得至关重要。在本文中，我们开发和探索的物理模型，准确地预测的幅度和符号的Lamb-Dicke参数时，模式探测{ \it并行}。我们进一步设计了一个先进的表征协议，缩短了表征时间超过一个数量级，相比，传统的方法，只使用模式光谱。我们讨论了我们的研究结果的发展的可扩展的捕获离子量子计算机的潜在后果，通过系统级的资源权衡的镜头。
2023-01-23 quant-ph
High fidelity simulations of ion trajectories in miniature ion traps using the boundary-element method
在本文中，我们提出了端盖和线性离子阱的数值模拟结果，分别用于在英国国家物理实验室和因斯布鲁克大学的实验。锶-88和钙-40离子的长期频率计算从离子轨迹，使用边界元和有限差分数值方法模拟。将结果与实验测量结果进行比较。两种数值方法都具有较高的精度，边界元法精度更高。这种模拟可以是设计新的陷阱和陷阱阵列的有用工具。它们也可以用于获得精确的捕获参数所需的离子控制时，没有分析方法是可能的，以及调查由于热电子噪声的离子加热速率。
2005-11-22 quant-ph
High-fidelity local addressing of trapped ions and atoms by composite sequences of laser pulses
量子计算机的一个重要要求是能够在不影响邻居的情况下，以高保真度本地寻址任何量子位。我们提出了一种使用激光脉冲的复合序列的寻址方法，该方法大大减少了在紧密间隔的原子或离子的晶格中的寻址误差，并且同时显著增强了量子比特操纵的鲁棒性。为此，我们为最重要的单量子比特操作设计了新颖的高保真复合脉冲。原则上，这种方法允许人们超越衍射极限，因为只有位于激光束中心周围的小空间区域内的原子才能被激发，正好在激光束腰内。
2011-06-01 quant-ph
High-fidelity quantum logic gates using trapped-ion hyperfine qubits
我们演示了激光驱动的双量子位和单量子位逻辑门，其正确率分别为99.9（1）%和99.9934（3）%，显著高于容错量子计算所需的约99%的最小阈值水平，使用存储在室温阱中的钙-43离子的超精细基态中的量子位。我们研究的速度/保真度的权衡为两个量子位门，门时间之间的3.8 $μ$ s和520 $μ$ s，并开发一个理论误差模型，这是与数据一致，这使我们能够识别的主要技术来源的不忠。
2016-06-24 quant-ph
Noise Analysis for High-Fidelity Quantum Entangling Gates in an Anharmonic Linear Paul Trap
在多量子比特系统中实现高保真度的量子门，其典型目标设定为99.9%，是实现容错量子计算的关键要求。为了达到这种保真度，需要仔细分析实验系统中的噪声和缺陷，并优化门操作以减轻其影响。在这里，我们考虑的容错量子计算的领先的实验系统之一，离子在非谐线性保罗陷阱，并优化纠缠量子门使用分段激光脉冲的援助下的所有集体横声子模式的离子晶体。我们提出了详细的分析各种内在的实验噪声的影响，以及不完善的实验控制的错误。通过显式计算，我们找到了实现多离子晶体中纠缠量子门99.9%的目标高保真度对这些相关噪声水平和控制精度的要求。
2018-05-31 quant-ph
High-fidelity ion-trap quantum computing with hyperfine clock states
我们提出了一个几何相位门的磁场不敏感量子比特与$\hatσ^z$依赖的力的捕获离子量子计算的实现。该力由拉曼配置中的两个激光束施加。量子位-状态依赖性通过从虚拟激发态的小频率失谐来实现。具有长辐射寿命的激发态的离子种类用于将自发光子发射的机会减少到小于10个$^{-8}$/门运行。这消除了先前实现的栅极失真的主要来源。利用该方案，似乎可以达到容错阈值。
2007-10-24 quant-ph
Improved high-fidelity transport of trapped-ion qubits through a multi-dimensional array
我们已经证明了通过一个二维保罗陷阱阵列，采用X-结的Be+离子的运输，同时保持离子附近的运动基态的限制势阱。我们扩展了实验的第一份报告[1]，包括如何计算输运势的详细讨论。两个主要的机制，造成运动的兴奋在运输过程中的解释，以及用于减轻这种兴奋的方法。我们将运动激励比参考文献[1]的结果低约50倍。还报道了高导磁合金屏蔽对量子位相干性的影响。最后，我们研究了一种在少量子水平上在多个运动模式之间交换能量的方法，该方法可以用于冷却运动模式，而无需直接使用激光访问模式。这些结果建立了如何捕获离子可以在大规模量子处理器中以高保真度传输。
2011-06-24 quant-ph
Exploring operation parallelism vs. ion movement in ion-trapped QCCD architectures
本文研究离子阱QCCD架构中操作并行性与离子移动导致的保真度损失之间的权衡，通过分析最坏情况下的最优移动次数并评估多种量子算法，识别最受益于并行执行的算法及其最优平衡点。
2025-02-06 quant-ph
High-Fidelity Transport of Trapped-Ion Qubits in a Multi-Layer Array
本文在含十三个三维囚禁位点的可扩展阱阵列中实现单个 Mg⁺ 离子高保真穿梭，成功率超 0.99999，并验证超精细量子比特叠加态在位点间输运时保持相干。
2023-05-09 quant-ph
Decoherence induced by squeezing control errors in optical and ion trap holonomic quantum computations II
考虑Hadamard门在光学和离子阱完整量子计算机上的特殊实现，研究了随机压缩控制误差引起的退相干。当控制噪声采用Ornstein-Uhlenbeck随机过程时，我们解析地得到了Hadamard门的终态纯度和保真度。我们证明了纯度和保真度振荡取决于初始叠加态的选择。导出了门保真度与末态纯度之间的线性关系式。
2006-03-31 quant-ph
Subspace benchmarking high-fidelity entangling operations with trapped ions
我们提出了一个新的和简化的两个量子比特的随机基准测试程序，只在一对量子比特的对称子空间中运行，非常适合于基准测试捕获离子系统。通过只在对称子空间中进行基准测试，我们大大降低了实验的复杂性，所需的门数和运行时间。该协议被证明对捕获的离子使用集体单量子比特旋转和Molmer-Sorenson（MS）相互作用估计的纠缠门误差$2(1) \times 10^{-3}$。我们分析了MS门中的期望误差，发现布居主要保持在对称子空间中。混合对称和反对称子空间的错误出现泄漏，我们将我们的协议与最近提出的泄漏基准测试相结合，来表征它们。协议的推广和局限性进行了讨论。
2020-03-17 quant-ph
High-fidelity two-qubit quantum logic gates in a trapped-ion chain using axial motional modes
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究通过优化轴向运动模式，实现了高保真度的双量子比特逻辑门，提升了离子阱量子处理器的可扩展性和应用潜力。
2025-07-01 quant-ph
The effect of fast noise on the fidelity of trapped-ions quantum gates
本文研究快速噪声对囚禁离子量子门保真度的影响，提出用噪声功率谱密度单一参数统一估计单比特和双比特门性能，指导硬件设计以提高保真度。
2022-08-06 quant-ph
High-fidelity trapped-ion qubit operations with scalable photonic modulators
针对囚禁离子实验传统光调制器难规模化的问题，研究团队设计制备了可与表面电极离子阱单片集成的压电光机光子多级Mach-Zehnder调制器，经量子层析表征实现了超99.7%的单量子比特门保真度。
2023-08-24 quant-ph
Digital Predistortion of Optical Fields for Fast and High-Fidelity Entangling Gates in Trapped-Ion Qubits
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Quantum Art（量子艺术）
本研究通过数字预扭曲技术提升囚离子量子处理器中纠缠门的性能，采用声光调制器生成多频纠缠门波形，通过测量并反转非线性幅度响应，抑制干涉产物，提高门操作保真度。
2026-03-29 quant-ph
Quantum fidelity kernel with a trapped-ion simulation platform
针对量子核泛化能力弱、可扩展性差的问题，提出基于囚禁离子模拟平台计算量子核的方法，实验证明其仅需少量量子比特就能在二分类任务中实现高精度，且具备噪声鲁棒性。
2024-04-15 quant-ph
High-fidelity and Fault-tolerant Teleportation of a Logical Qubit using Transversal Gates and Lattice Surgery on a Trapped-ion Quantum Computer
本研究在Quantinuum H2囚禁离子量子处理器上首次演示了Steane码的容错态隐形传态，使用横向门和格点手术协议实现了高达0.989(2)的逻辑过程保真度。
2024-04-25 quant-ph
Optimal quantum control of multi-mode couplings between trapped ion qubits for scalable entanglement
我们展示了高保真纠缠量子门内的五个被困离子量子比特链最佳成形耦合到多个集体运动模式的光场。我们利用分段的光脉冲分别寻址量子比特，以可编程的方式构造多体纠缠态。这种方法实现了高保真度和快速量子门，其可以缩放到更大的量子位寄存器以用于量子计算和模拟。
2014-01-08 quant-ph
High Speed, High Fidelity Detection of an Atomic Hyperfine Qubit
在捕获离子量子信息处理中，快速有效地检测量子比特状态对于实现量子纠错和执行诸如无环孔贝尔测试的基本测试是至关重要的。在这项工作中，我们提出了一个简单的量子比特状态检测协议的$^{171}$ Yb $^+$超精细原子量子比特捕获在一个微制造的表面陷阱，使高收集效率的散射光子和低背景光子计数率。我们证明了平均检测时间分别为10.5、28.1和99.8 μ $\upmu$ s，分别对应于99%、99.85（1）%和99.915（7）%的状态检测准确度。
2013-04-11 quant-ph
Influence of fast and slow laser phase noise on the fidelity of the Mølmer-Sørensen trapped-ion gate
P.N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别杰夫物理研究所）；Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）
本文理论分析MS离子阱门中快慢激光相位噪声对保真度的影响，推导噪声哈密顿量与平均门误差解析式，并验证于数值模拟。
2026-09-24 quant-ph
Long-Distance High-Fidelity Teleportation Using Singlet States
提出了一种利用偏振纠缠光子和囚禁原子量子存储器的量子通信系统。该系统能够进行长距离、高保真度的隐形传态和长时间的量子存储。
2001-05-11 quant-ph
Adaptive Parallelism-Aware Qubit Routing for Ion Trap QCCD Architectures
Universitat Politècnica de València（瓦伦西亚理工大学）
本文提出一种自适应并行意识量子比特路由策略，通过可配置多参数评分机制优化离子运输效率，提升量子处理器的执行保真度。
2026-03-20 quant-ph
Analysis of a quantum logic device based on dipole-dipole interactions of optically trapped Rydberg atoms
本文详细分析和设计了一种基于光阱中原子间里德伯态偶极-偶极耦合相互作用的中性原子量子逻辑器件。列举了导致退相干和保真度损失的主要物理机制。我们的研究结果支持在MHz速率下执行单和双量子比特门的可行性，对于每个操作，退相干概率和保真度误差在$10^{-3}$的水平。目前的局限性和可能的方法，以进一步改善设备进行了讨论。
2005-02-13 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
Robust Quantum Memory in a Trapped-Ion Quantum Network Node
该研究将长寿命存储量子比特集成到混合物种囚禁离子量子网络节点中，实现纠缠转移与隔离，并利用动力学解耦显著减缓退相干，在10秒后仍保持0.81(4)的纠缠保真度。
2023-04-07 quant-ph
TILT: Achieving Higher Fidelity on a Trapped-Ion Linear-Tape Quantum Computing Architecture
捕获离子量子比特是实用量子计算的领先技术。在这项工作中，我们提出了一个线性磁带架构的结构分析被困离子。为了实现我们的研究，我们开发和评估这种架构的映射和调度算法。特别是，我们介绍了TILT，一个线性的“图灵机”的架构与多激光控制“头”，其中一个线性链的离子来回移动的激光头。我们发现，TILT可以大大减少通信相比，相当大小的量子电荷耦合器件（QCCD）架构。我们还开发了两个重要的调度算法的TILT。第一种试探法通过将在相反方向上行进的数据匹配到“相对交换”中来减少交换操作的数量，并且还避免了跨磁头宽度的最大交换距离，因为最大交换距离使得在一个磁头位置中调度多个交换变得困难。第二个启发式最小化离子链运动调度的磁带的位置与最大的可执行操作的每一个运动。我们提供了模拟的应用性能结果，这表明TILT在成功率方面（平均高达4.35倍和1.95倍）在一系列NISQ应用中优于QCCD。我们还讨论了使用TILT作为构建块来扩展现有的可扩展的捕获离子量子计算提案。
2020-11-03 quant-ph
Decoherence induced by squeezing control errors in optical and ion trap holonomic quantum computations
考虑到哈达玛门在光学和离子阱完整量子计算机上的特殊实现，我们研究了随机压缩控制误差引起的退相干。当控制噪声用Ornstein-Uhlenbeck随机过程建模时，我们得到了Hadamard门的保真度，并计算了最终态的纯度。我们证明，在矛盾的情况下的系统控制误差的随机导致退相干的最终状态。在小误差范围内，我们导出了门保真度与末态纯度之间的简单关系式。
2006-02-07 quant-ph
Lemniscate phase trajectories for high-fidelity GHZ state preparation in trapped-ion chains
Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；National Research Nuclear University MEPhI（国立核研究大学梅普赫伊）
本文提出一种莱姆斯曲线脉冲，通过特殊相位轨迹降低GHZ态制备保真度误差，使20离子链的保真度可达10^-4。
2026-04-02 quant-ph
Quantum Control Landscapes: A Closer Look
各种典型的量子控制问题的控制景观。对于一类纯状态转移问题，分析的保真度作为一个功能上的酉群揭示了没有次优的吸引力的临界点（陷阱）。然而，对于$L^2(0,T)$中控制的实际优化问题，存在保真度可以假设为（0，1）中的任何值的临界点、二阶分析不确定的临界点和陷阱。对于一类酉算子优化问题，对酉群上的保真度分析表明，虽然U（N）上不存在陷阱，但当定义域限制在特殊酉群上时，陷阱已经出现。群上的陷阱可以通过修改性能指标来消除，对应于投影酉群上的优化。然而，同样，用于$L^2(0,T)$中的控制的实际优化问题的临界点的集合更大并且包括陷阱，即使当允许目标时间变化时，其中的一些仍然是陷阱。
2014-03-02 quant-ph
Implementation of many-qubit Grover search with trapped ultracold ions
提出了一种在离子阱系统中实现n比特（n>2）条件相位翻转（CPF）门和Grover搜索算法的可行方案。我们从理论和数值上证明了我们的方案可以有效地找到一个具有高保真度和高成功概率的标记态。我们还指出了该方案的优点，即增加离子数可以提高CPF门的保真度和成功概率。Grover搜索所需的操作非常接近当前离子阱技术的能力。
2008-09-18 quant-ph
Cavity-based single atom preparation and high-fidelity hyperfine state readout
在原子芯片上制备并探测了与光纤高精腔耦合的~（87）Rb原子的超精细态。原子从玻色-爱因斯坦凝聚体中被提取出来，并被囚禁在腔场的最大值处，从而产生可再现的强原子-腔耦合。我们利用腔的反射和透射信号来推断原子的超精细态，在100微秒的读出时间内，保真度超过99.92%。原子在被探测后仍被捕获。
2010-02-23 quant-ph
Error Compensation of Single-Qubit Gates in a Surface Electrode Ion Trap Using Composite Pulses
由于难以稳定离子位置处的驱动场，激光驱动的量子逻辑操作对捕获的离子量子位的保真度往往低于微波驱动的逻辑操作。通过稳定的驱动光场和复合脉冲序列的使用，我们证明了高保真单量子比特门的超精细量子比特的$^{171}\text{Yb}^+$离子被困在一个微加工表面电极离子阱。使用随机化基准测试协议来表征门误差，并且测量$3.6(3)\times10^{-4}$的每个随机化Clifford群门的平均误差。我们还报告了实验实现的回文脉冲序列，有效地扩展序列长度。
2015-07-20 quant-ph
Polarisation-insensitive state preparation for trapped-ion hyperfine qubits
针对囚禁离子量子比特态制备依赖圆偏振光的问题，提出并实现一种依赖频率选择性的混合光学/微波方案，实验验证其在线偏振和混合偏振下均实现高保真度，且在更重离子中具备更高潜力。
2024-06-20 quant-ph
A high-fidelity method for a single-step $N$-bit Toffoli gate in trapped ions
条件多量子比特门是复杂量子算法的关键组成部分。在最近的工作中，Rasmussen等人（Phys. Rev. A 101，022308）提出了一种用于原型多量子位门（Toffoli门）的有效单步方法，该方法基于控制量子位之间的伊辛相互作用和目标量子位上的适当驱动场的组合。囚禁离子是实现这种方法的天然平台，因为声子介导的伊辛相互作用已在越来越大的离子晶体中得到证实。然而，这些相互作用和门所需的驱动场的同时应用导致量子位和离子运动之间的不期望的纠缠，降低了门保真度。在这项工作中，我们提出了一个解决方案的基础上绝热开关这些声子介导的伊辛相互作用。我们研究了不完美的基态冷却的影响，并使用自旋回波技术来消除不必要的相位积累在可实现的结晶度。对于耦合到线性晶体所有轴向模的门，我们计算了高的双折射率（$>$ 99%）$N$ -量子比特旋转，其中$N=$ 3-7离子冷却到它们的运动基态，并且门时间低于1 ms。对于大晶体获得的高结晶度也可以使门与$N$ -量子比特Toffoli门的门分解的多步变体竞争，代价是需要离子晶体的基态冷却。
2020-10-16 quant-ph
Robust high-fidelity teleportation of an atomic state through the detection of cavity decay
提出了一种基于腔场衰减探测的原子态量子隐形传态方案。利用单光子探测器测量偏振光子的干涉，可以将囚禁在腔中的原子的内部态离散地转移到另一个囚禁在远处腔中的原子上。与S. Bose，P.L. Knight，M.B. Plenio，and V. Vedral [Phys. Rev. Lett. 83，5158（1999）]，我们的隐形传态协议具有几乎统一的高保真度和固有的鲁棒性，例如保真度对原子位置的随机性和检测效率的不敏感性。所有这些有利的特性使得该方案在当前的实验技术下是可行的。
2003-11-08 quant-ph
High-Fidelity Ion State Detection Using Trap-Integrated Avalanche Photodiodes
集成技术极大地增强了基于捕获离子的实用量子信息处理和传感设备的前景。高速和高保真度的离子状态读出对于任何这样的应用都是至关重要的。集成的检测器提供了显着的优势，系统的便携性，也可以大大方便并行操作，如果一个单独的检测器可以在每个离子捕获位置。在这里，我们展示了离子量子态检测在室温下利用单光子雪崩二极管（SPAD）直接集成到硅离子捕获芯片的衬底。我们通过SPAD的荧光收集来检测被捕获的$^{88}\text{Sr}^{+}$离子的状态，在450 $μ$ s内实现了$99.92(1)\%$平均保真度，为集成状态检测应用于量子计算和利用被捕获离子阵列的传感打开了大门。
2022-02-03 physics.atom-ph quant-ph
