Reservoir-Free Decoherence in Flying Qubits
本文研究飞行量子比特因内部与空间自由度纠缠而产生的无储库非马尔可夫退相干，给出全时刻动力学、保真度和熵变公式，并提出测量前完全抵消该退相干的方法。
2024-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parametrically-controlled microwave-photonic interface for the fluxonium
针对通量子因宇称对称性无法直接进行腔边带跃迁的问题，研究人员利用三波混频元件耦合通量子与谐振器，通过微波参量转换实现光子接口，完成95%以上保真度的快速重置及飞行光子的受控释放与时域整形，为通量子基远程纠缠架构提供支持。
2024-12-14 quant-ph
High-fidelity holographic beam shaping with optimal transport and phase diversity
Stanford University（斯坦福大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文提出利用最优传输和相位多样性技术实现高保真光束成形，提升SLM相位计算的准确性和效率。
2026-01-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Flying-Qubit Control via a Three-level Atom with Tunable Waveguide Couplings
飞行量子比特的控制是量子网络的核心。正如通常由单光子场携带的那样，飞行量子比特控制不仅涉及它们的逻辑状态，而且还涉及它们的形状。在本文中，我们探讨了各种各样的飞行量子比特控制问题，使用一个三能级原子与两个输入输出通道的时变可调谐耦合。研究表明，可以通过调节$Λ$型原子的耦合，将单个光子分配到任意形状的两个通道中，或者利用$V$型原子捕获任意形状分布的单个光子. $Λ$型原子也可以被设计成将飞行量子比特从一个通道转移到另一个通道，中心频率和光子形状都被转换。对于$Ξ$型原子，可以利用可调谐耦合通过级联发射来成形一对相关光子。在所有情况下，解析公式推导出的耦合功能，以满足这些控制任务，以及讨论其物理限制。这些结果为复杂量子网络上的高保真量子信息传输提供了有用的控制协议。
2022-05-26 cs.SY eess.SY quant-ph
Arbitrary state preparation of a mechanical resonator via controlled pulse shaping and projective measurement in a qubit-resonator interaction
我们介绍了一个协议，能够产生一个通用的测量操作的机械谐振器。该技术需要量子位-谐振器相互作用，并使用相干脉冲来驱动量子位跃迁。随后是量子比特能量的投影测量，将谐振器限制在取决于脉冲形状的状态。选择用于相干驱动的脉冲形状的自由度使得能够实现任意的基于位置的测量算子。使用这个测量算子，我们概述了一个两脉冲协议，概率生成一个纯机械状态与所需的波函数，与近单位保真度的可实现的参数。
2018-08-16 quant-ph
Cavity-enhanced quantum network nodes
未来的量子网络将由通过量子信道连接的量子处理器组成，就像传统计算机连接起来形成互联网一样。然而，与经典设备相比，量子控制系统中的纠缠和非局域关联有助于对量子理论进行新的基本测试。此外，它们在分布式量子信息处理、量子通信和精密测量中也有许多应用。虽然开创性的实验已经证明了两个相距1.3公里的量子节点和同一实验室中的三个节点的纠缠，但要充分发挥量子网络的潜力，需要将这些原型扩展到更多的节点和全球距离。这是一个突出的挑战，对量子位控制保真度，量子位相干时间以及静止和飞行量子位之间的耦合效率提出了很高的要求。在这项工作中，我将描述光学谐振器如何促进量子网络节点，实现上述先决条件在不同的物理系统中-被困原子，宽带隙半导体中的缺陷中心，稀土掺杂剂-通过实现高保真量子位初始化和读出，量子位-光子和远程量子位-量子位纠缠的有效生成，以及静止和飞行量子位之间的量子门。这些进展为在不久的将来实现全球规模的量子网络开辟了现实的前景。
2022-05-30 quant-ph
Flying Spin Qubits in Quantum Dot Arrays Driven by Spin-Orbit Interaction
针对SOI在量子传输协议中的影响问题，本文利用绝热捷径协议研究SOI介导的飞行自旋量子比特，通过电场调控实现SOI动态控制与量子门并行执行，提出动态解耦方案提升传输保真度。
2024-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon-phonon quantum cloning in optomechanical system
量子克隆是量子信息和量子计算中必不可少的操作。与经典计算中的“复制”操作类似，从存储中的固态量子比特克隆飞行比特以供进一步处理是量子信息处理中经常使用的操作。在这里，我们提出了一个高保真度和可控的量子克隆方案之间的固体比特和飞行比特。为了克服不可克隆定理和弱声子-光子相互作用的障碍，我们引入了一种混合光机械系统，在耗散存在的情况下，借助设计的驱动脉冲，该系统可以同时完成接近理论最优极限的概率克隆和确定性克隆.此外，我们的计划允许两个克隆方法，即概率性和确定性克隆之间的高度可调切换，通过简单地改变输入激光脉冲。这为实验可执行性提供了一个有前途的平台。
2023-02-11 quant-ph
Mitigating Measurement Crosstalk via Pulse Shaping
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出了一种基于DRAG协议的脉冲整形技术，用于抑制超导量子系统中快速读出时的测量串扰，提升读出保真度和系统可扩展性。
2026-01-09 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
Control of the electromagnetic environment of a quantum emitter by shaping the vacuum field in a coupled-cavity system
提出了一种腔量子电动力学中发射极-场耦合速率的超快控制方案。这是通过在耦合腔结构中调制光学模式来控制发射器所看到的真空场来实现的。该方案允许在不干扰发射器的情况下对耦合率进行开/关切换，并且不会在所发射的光子上引入频率啁啾。它可以用来控制单光子脉冲的形状，以实现高保真度的量子态转移，控制拉比振荡，以及作为激光器中的增益调制方法。我们讨论了基于光子晶体腔和微波电路的两种可能的实验实现。
2015-03-20 quant-ph
Pulse Shaping for Ultra-Fast Adiabatic Quantum Gates
本文提出延迟泄漏抑制（DLR）技术，通过时间延迟重复控制信号抑制基带控制中的泄漏，实现自旋量子比特间超快绝热CZ门，在9.4 ns内保真度超过99.9%。
2025-08-04 quant-ph
Distributed quantum information processing with mobile electrons
在分布式量子信息处理中，由单个或几个量子比特组成的小型设备通过共享纠缠网络在一起，实现可扩展机器。通常，光子用于在光学活性物质量子比特之间产生远程纠缠。在本文中，我们考虑了实现节点间纠缠的另一种可能性：使用移动电子自旋作为每个节点上静态量子比特之间相互作用的介质。电子之间的强相互作用使得飞行电子与静止电子的耦合成为可能，但由于电子容易与环境相互作用，纠缠操作过程中的误差积累可能比使用光子作为飞行量子比特的其他策略更严重。我们介绍了一个新的计划，特别是设计，以尽量减少这种错误的积累，通过使用几个蒸馏协议。结果表明，即使在典型缺陷的影响下，也可以构造出高保真的纠缠操作，从而为在固态系统中实现分布式量子信息处理提供了一条可行的途径。
2011-02-15 quant-ph
Wavepacket interference of two photons through a beam splitter: from temporal entanglement to wavepacket shaping
解析研究两不同时间形状光子通过分束器的干涉，提出时间纠缠与光子整形应用，发现50/50分束器可生成时间模式编码Bell态，且探测一光子能以超99%保真度将另一光子整形为高斯波包，有望解决光量子网络形状失配。
2024-08-26 quant-ph
Time-Reversal Symmetrization of Spontaneous Emission for High Fidelity Quantum State Transfer
我们展示了控制超导量子比特耦合到腔体的自发发射的能力。发射光子的时域轮廓被成形为对称截断指数。该实验通过耦合到腔体的量子位来实现，其耦合强度可以在数十纳秒内调谐，同时保持恒定的修饰态发射频率。光子波包的对称化将使得能够使用光子作为飞行量子比特，用于在远距离腔中的原子之间传输量子态。
2013-08-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Entangling homogeneously broadened matter qubits in the weak-coupling cavity-QED regime
在分布式量子信息处理中，飞行的光子会纠缠被限制在腔体中的物质量子比特。然而，当物质量子比特被均匀加宽时，腔QED通常需要强耦合机制，这在实际的实验装置中很难实现。在这里，我们表明，高保真纠缠操作是可能的，即使在弱耦合制度，其中阻尼（退相，自发发射，和腔泄漏）压倒量子比特和腔之间的相干耦合。我们的建议使得分布式量子信息处理能够使用比以前要求低得多的技术来执行。
2012-05-01 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
Shaping frequency-tunable single photons for quantum networking in waveguide QED
Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
本文提出通过控制单光子频率实现量子节点间信息交换，解决不同频率限制问题，提供理论框架和实验实现方案，展示频率选择性量子态传输和远程纠缠生成。
2026-09-04 quant-ph
Compact Pulse Schedules for High-Fidelity Single-Flux Quantum Qubit Control
本研究将DRAG框架拓展至SFQ驱动的transmon量子比特，提出可存储于22比特内、门保真度超99.99%的紧凑脉冲序列，助力降低SFQ协处理器的面积与功耗并保留其优势。
2025-02-24 quant-ph
Long-distance entanglement distribution using individual atoms in optical cavities
光学腔中的单个原子可以在静止量子比特和飞行量子比特（光子）之间提供有效的接口，这是量子通信的基本组成部分。此外，腔辅助控制非（CNOT）门可以用于在量子中继器设置中将纠缠交换到长距离。然而，在CNOT过程中由腔引入的耗散可能会增加使用这些系统获得长距离纠缠分布的实验难度。我们分析和比较了一些基于腔的中继方案结合各种纠缠产生方案和腔辅助CNOT门。我们发现，一个方案，高保真纠缠首先产生在一个双光子探测方案，然后交换到长距离使用最近提出的预示CZ门表现出优越的性能相比，其他计划。预告门将耗散效应从保真度转移到门的成功概率，从而实现高保真纠缠交换。因此，即使在原子-腔系统的低合作度下，也可以在长距离上实现高速率的纠缠分配。这种高保真中继器表现出优于其他基于腔的计划高达两个数量级的速率为现实的参数和大的距离（1000公里）。
2015-07-20 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
Pulse shaping by coupled-cavities: Single photons and qudits
腔与量子网络的动态耦合是基于腔量子电动力学的分布式量子信息处理方案的重要研究内容。这可以通过主动调谐中介原子-腔系统来实现。特别地，我们考虑了两个耦合腔之间的动态耦合，每个腔与一个二能级原子相互作用，通过调谐其中一个原子来实现。一个原子场系统可以被控制成与其对应物最大和最小耦合，从而允许高保真激发约束、Q开关和可逆态传输。作为一个应用程序，我们首先表明，简单的调谐可以导致发射近高斯单光子脉冲，这是显着不同的，从通常的指数衰减在一个被动腔为基础的系统。详细的数值模拟研究了腔损耗和原子自发发射的影响，显示了这些方案的实用性，在目前的实验技术范围内的固态环境。然后，我们表明，当该技术被用于一个扩展的耦合腔方案，涉及多能级原子，任意的时间叠加的单光子可以在一个确定性的方式工程。
2009-09-10 quant-ph
Suppress motional dephasing of ground-Rydberg transition for high-fidelity quantum control with neutral atoms
利用里德伯原子进行的许多控制任务的性能可以通过抑制中性原子基态和里德伯态之间的运动诱导退相来改善。退相通常发生在{ \it gap}时间内，此时原子在退激前处于里德堡态。通过在能隙时间内利用激光场诱导里德堡态发生特定的额外相变，可以使里德堡态在能隙之后忠实地转换回基态。尽管里德堡态在间隙时间内在不同本征态之间来回跃迁，但它保留了感兴趣原子与附近里德堡激发之间的封锁相互作用。这种抑制飞行里德伯原子运动退相的简单方法可用于对中性原子的广泛量子控制。
2019-09-09 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity remote entanglement of trapped atoms mediated by time-bin photons
本研究通过时间箱光子介导实现了远程囚禁原子量子比特存储器间的高保真纠缠，利用基于测量的错误检测和抑制原子反冲误差，达到97%的纠缠保真度，并证明超过99.9%的保真度是可行的。
2024-06-03 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Quantum Interfaces Using Nanoscale Surface Plasmons
单个光发射器和限制在导电纳米尖端上的传播表面等离子体激元之间的强耦合使得该系统充当量子网络的理想接口，通过该接口，静止量子比特和飞行光子（表面等离子体激元）量子比特可以经由拉曼过程相互转换。这种量子接口为量子网络的许多基本功能铺平了道路，包括在分布式量子节点上发送、接收、传输、交换和纠缠量子位，以及确定性源和单光子的有效检测器。数值模拟表明，该方案对实验误差具有较强的鲁棒性，并具有较高的保真度。此外，更小的接口将大大促进量子计算机的可扩展性。
2008-09-24 quant-ph
Deterministic remote entanglement of superconducting circuits through microwave two-photon transitions
大规模的量子信息处理网络很可能需要不直接相互作用的遥远系统的纠缠。这可以通过在用作存储器或本地计算资源的站立信息载体和用作量子总线的飞行信息载体之间执行纠缠门来实现。我们报道了两个远距离传输量子比特通过喇曼受激发射和一个行波包的吸收而产生的确定性纠缠。我们实现了73%的贝尔态保真度，很好地解释了传输线中的损耗和每个量子比特的退相干。
2017-12-15 quant-ph
Quantum State Transfer Between NV Center -- $13_C$ System Coupled To A CPW Cavity
量子态转移是构建量子网络的一个非常重要的过程，即通过量子态转移将信息从飞行的量子比特转移到节点中的静止量子比特。NV中心由于其长的相干时间和附近$13_C$核自旋的存在而成为多量子位量子存储器的极好候选者。本文对金刚石中氮空位中心从腔到最近邻$13_C$核自旋的量子态转移进行了理论描述，在实现可扩展的量子网络和量子模拟方面显示了巨大的潜力.考虑了完整的哈密顿量，在哈密顿量中加入了零阶项和相互作用项，并应用了有效哈密顿量理论。我们通过解析计算和QuTip模拟研究了腔- $13_C$组合态的时间演化。这里给出了状态转移和保真度测量的图。通过选择合适的系统参数，我们的理论描述证实了从腔到$13_C$中心的高保真度量子态转移。
2021-05-24 quant-ph
Certifying the presence of a photonic qubit by splitting it in two
我们提出了一种光子量子位预认证的实现，它执行检测飞行光子的存在而不破坏其量子位状态的微妙任务，允许丢失敏感的量子密码学和非定域性测试，即使在长距离。通过将入射的单光子通过参数下转换一分为二，我们预示着光子的到来，从一个独立的光子源，同时保持其量子信息高达$92.3\pm0.6$ %的保真度。随着探测器暗计数的减少，预认证将立即用于量子通信。
2016-03-01 quant-ph
"Stopping" of light and quantum memories for photons
讨论了一种控制光子在光学厚介质中传播的相干技术及其在量子存储器中的应用。具有外部控制的斯托克斯场的拉曼绝热通道可以用于将光脉冲的量子态（"飞行“量子比特）转移到集体自旋激发（静止量子比特），从而将其传播速度减慢到零。该过程是可逆的，并且具有潜在的统一保真度，而不需要强耦合谐振器。一个简单的准粒子图片（暗态极化激元）的转移。解析理论补充了精确的数值解。最后分析了退相干机制对N粒子纠缠态集体存储态的影响。
2001-10-09 quant-ph
High-fidelity non-adiabatic dark state gates for neutral atoms
Zentrum für Optische Quantentechnologien, Universität Hamburg（汉堡大学光学量子技术中心）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging, Universität Hamburg（汉堡超快成像中心，汉堡大学）；UTC Quantum Center, University of Tennessee, Chattanooga（田纳西大学查塔努加分校UTC量子中心）
本文提出利用量子最优控制实现高保真的非绝热暗态门，以中性原子量子处理器中实现快速且鲁棒的双量子比特门操作。
2026-11-03 quant-ph
Simple framework for systematic high-fidelity gate operations
半导体自旋量子比特展示了单量子比特门，其在单量子比特子空间中的基准达到$99.9\%$。然而，层析表征揭示了在较大空间中不可忽略的串扰误差。此外，长期以来人们认为双量子位门的性能受到电荷噪声的限制，电荷噪声通过交换相互作用耦合到量子位。在这里，我们表明，相干误差源，如有限的带宽的控制信号，非绝热误差，微波串扰，和非线性传递函数可以同样限制保真度。我们报告了一个简单的理论框架，脉冲优化，涉及错误的动态频谱集中的问题，并允许重用现有的信号整形方法在一个更大的一组门操作。我们将此框架应用于自旋量子位的公共门操作，并表明简单的脉冲整形技术可以显着提高这些门操作的性能，在这种相干误差源的存在下。本文所提出的方法已被用于参考文献[1]中使用$F>99.5\%$的两量子位门的量子效率的演示。[Xue等人，Nature 601，343]。我们还发现，单量子位和双量子位门可以使用相同的脉冲形状进行优化。我们使用解析推导和数值模拟，以达到预测的门的结晶度大于$99.9\%$与持续时间小于$4/(Δf)$，其中$Δf$是量子比特频率的差异。
2022-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simple, smooth and fast pulses for dispersive measurements in cavities and quantum networks
我们展示了一种色散测量脉冲整形技术，允许任意快速的量子非拆除，单正交测量的非线性系统，无条件地离开测量谐振腔空。对于单量子位测量，由于过程中的弛豫，电流测量被限制在99%的保真度范围内。然而，试图去到更短的时间，以规避这与平方或复合数字脉冲导致剩余的空腔人口后，测量相同数量级的误差。这些效应可以使用简单的平滑脉冲形状来抑制，这些脉冲形状来自与DRAG整形类似的脉冲家族，用于超导量子比特中的泄漏去除;在这里，它可以精确地导出任意多个测量模式。除了单个量子比特之外，测量脉冲对于色散测量系统是完全通用的。这包括多量子位和多状态（泄漏）测量，其中测量可以在Single Shot中并且利用单个零差相位来完成。快速测量的另一个主要挑战是减少Purcell滤波腔，我们表明可以很容易地实现使用导数整形。最后，我们展示了如何将该技术应用于级联腔系统，例如~用于快速远程纠缠产生。
2018-09-11 quant-ph
Rate-Fidelity Tradeoffs in All-Photonic and Memory-Equipped Quantum Switches
Yale University（耶鲁大学）；University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Einblick LLC（Einblick有限责任公司）
本文研究了全光子和配备量子记忆的量子交换机在速率与保真度之间的权衡，通过比较两种架构的性能，提出了评估方法并分析了其在不同应用场景中的优化策略。
2026-03-03 cs.NI quant-ph
Quantum State Transfer from a Single Photon to a Distant Quantum-Dot Electron Spin
从飞行的光子到静止的物质量子比特的量子态转移是实现量子网络的一个重要环节。自组装半导体量子点提供了一个有前途的固态平台，托管单光子和自旋，具有固有的光-物质界面。在这里，我们开发了一种方法，相干和主动控制的单光子频率箱叠加使用电光调制器，并测量自旋光子纠缠与$0.796\pm0.020$的保真度。进一步，通过Greenberger-Horne-Zeilinger型态在单光子频率、路径和偏振自由度上的投影，我们证明了在间隔5米的InGaAs量子点中，单光子到单电子自旋的量子态转移。在Bloch球上沿三个不同的轴展示了从光子极化到电子自旋的量子态映射，平均保真度为$78.5\%$ .
2017-06-26 quant-ph
Electro-Optic Frequency Beamsplitters and Tritters for High-Fidelity Photonic Quantum Information Processing
报道了基于电光调制和傅里叶变换脉冲整形的频率编码量子比特和量子比特的高保真光子量子门的实验实现。我们的频率版本的Hadamard门提供了接近统一的保真度（$0.99998\pm0.00003$），只需要一个微波驱动音即可实现接近理想的性能，在整个C波段（1530-1570 nm）内工作，并且可以在多个量子比特上同时工作，这些量子比特之间的间隔紧密到四个频率模式，保真度没有明显的下降。对于qutrits，我们实现了Hadamard门的$3\times 3$扩展：平衡tritter。这tritter-第一次证明了频率模式-达到保真度$0.9989\pm0.0004$。这些门代表了基于频率编码的可扩展、高保真量子信息处理的重要构建块。
2017-12-11 physics.optics quant-ph
Quantum Zeno Dynamics through stochastic protocols
量子芝诺动力学（Quantum Zeno Dynamics）是一种现象，即量子系统的观测或强驱动可以将其动力学冻结到一个子空间，有效地截断系统的希尔伯特空间。它代表了著名的飞箭芝诺悖论的量子版本。在这里，我们研究如何在系统的观察（或驾驶）的时间随机性影响的生存概率的子空间中的系统。特别是，我们引入了一个强大的和一个弱芝诺制度，我们量化的限制，通过提供一个分析表达式，这种生存概率。我们研究了几个耗散和相干协议，以限制动力学，并表明它们可以成功地适应随机版本。在弱芝诺制度的动态内的子空间有效地作为一个额外的来源的随机约束协议。我们的分析预测进行了数值测试和验证的一个典范的自旋链。作为实际意义，不同的相干和耗散约束协议允许选择高保真度的概率方案（与完美的子空间动力学相比）和保真度稍低的确定性方案之间的权衡，这是朝着未来量子技术更好控制的一步。
2016-07-29 quant-ph
Extracting high fidelity quantum computer hardware from random systems
综述了基于稀土离子掺杂无机晶体的量子计算机硬件的发展现状和前景。在这方面的实验工作的主要部分已经完成了两个地方，澳大利亚堪培拉和瑞典隆德，目前的描述如下更密切的隆德工作。将描述的技术包括最初不均匀加宽的轮廓的最佳滤波，直到良好分离和窄的集合，以及使用先进的脉冲整形，以便实现具有高于90%的重复率的鲁棒的任意单量子比特操作，如由量子态断层扫描所表征的。预计这些系统的完全可扩展性将需要确定单个稀土离子状态的能力。有人提出，这可以使用特殊的读出离子掺杂到晶体和更新的工作，找到和表征这样的离子。最后，几个方面的可能性远程纠缠的离子在单独的稀土离子掺杂晶体被认为是。
2010-01-11 quant-ph
Theory of control of spin/photon interface for quantum networks
耦合带电纳米点和光纤的腔可以充当量子接口，通过腔辅助拉曼过程，静止自旋量子比特和飞行光子量子比特可以相互转换。通过对控制激光场进行脉冲整形，可以控制拉曼过程产生或湮灭任意形状的单光子波包。这种量子接口形成了量子网络的许多基本功能的基础，包括在分布式量子节点上发送、接收、传输、交换和纠缠量子比特，以及具有任意指定形状和平均光子数的单光子波包的确定性源和有效检测器。噪声对操作的影响的数值研究显示了高保真度。
2004-07-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupler-Assisted Controlled-Phase Gate with Enhanced Adiabaticity
高保真双量子比特纠缠门是容错量子计算机的重要组成部分。在过去的十年中，人们已经做出了巨大的努力来开发具有超导量子线路的可扩展的高保真双量子比特门。最近，利用具有固定频率量子位的可调谐耦合架构的易于缩放的受控相位门方案[Phys. Rev. Lett. 125，240502; Phys.Rev.Lett. 125，240503]已被证明具有高保真度，并吸引了广泛的兴趣。然而，对基本机制的深入了解仍然缺乏，使我们无法充分挖掘其潜力。在这里，我们提出了一个全面的理论研究，解释了高对比度ZZ相互作用的起源。基于改进的理解，我们开发了一种通用而方便的方法来整形多电平系统中的绝热脉冲，并确定如何从设计中优化门的性能。考虑到最先进的相干特性，我们预计该方案可能在$10^{-5}$附近实现两个量子比特的门错误率，这将大大加快容错量子计算的进展。
2021-06-01 quant-ph
Tripartite quantum state mapping and discontinuous entanglement transfer in a cavity QED open system
我们描述了量子信息和纠缠从三个飞行（辐射）到三个本地化（原子）量子比特通过腔模共振耦合到原子，在一个共同的水库的存在。在解决由此产生的九量子比特开放系统的完整动力学时，我们发现，一旦腔被馈送，保真度和转移纠缠是最佳的，而它们的峰值由于耗散过程而呈指数下降。然后关闭外部辐射，量子关联在原子和腔量子比特之间振荡。对于一类W和GHZ输入态的混合系统，我们研究了子系统间纠缠的不连续交换，解决了多体系统中纠缠的突然死亡和出生问题.
2009-10-13 quant-ph
Fidelity mechanics: analogues of the four thermodynamic laws and Landauer's principle
保真度力学被形式化为研究量子多体系统中量子临界现象的框架。这是通过引入保真度温度来适当地量化量子涨落来实现的，量子涨落与保真度熵和保真度内能一起构成保真度力学中的三个基本态函数，从而使我们能够在零温度下制定四个热力学定律和Landauer原理的类似物。保真度流被定义并且可以被解释为重整化群流的替代形式。因此，稳定和不稳定不动点都可以用保真度温度和保真度熵来表征：不稳定不动点的保真度温度是发散的，稳定不动点的保真度温度和（局部）最大保真度熵是零。此外，一个内在的基本作用的对偶性澄清，导致在一个典型的形式的哈密顿保真度力学。对偶，连同对称群和因式分解场，对保真度机械系统施加约束，从而将保真度流从不稳定的不动点塑造成稳定的不动点。详细分析了XY模型、纵场中的横场量子伊辛链、磁场中的自旋- $1/2$ XYZ模型和XXZ模型的保真度力学态函数。
2017-09-28 cond-mat.str-el quant-ph
Statistically Characterising Robustness and Fidelity of Quantum Controls and Quantum Control Algorithms
本文提出RIM_p和ARIM测度以统计量化量子控制的鲁棒性与保真度，发现在含噪优化目标下强化学习等自适应决策方法比标准算法更具成本优势且保真度更一致。
2023-03-01 quant-ph
Robust transfer of a quantum state from an absorbed photon into a diamond spin
本文实验实现基于量子隐形传态的光子到金刚石氮-空位中心自旋的态传输，在100 MHz频率误差和100 ns时间误差下仍保持高保真度，为鲁棒远程量子网络奠定基础。
2025-05-14 quant-ph
Complete state tomography of a quantum dot confined spin qubit
半导体量子点可能是连接锚定、物质自旋量子比特和飞行光子量子比特的首选。虽然飞行量子比特或光偏振的完整断层扫描通常是简单的，但物质自旋断层扫描是一项具有挑战性和消耗资源的任务。在这里，我们提出了一种新的全光学方法进行全层析的量子点限制的自旋。我们的方法适用于电子自旋配置，如导带电子，价带空穴，和电子空穴对，如明亮和黑暗的激子。我们使用短共振调谐的偏振光脉冲激发自旋量子比特，其相干地将量子比特转换为通过发射偏振单光子而衰减的激发量子比特。我们通过使用两个不同的正交，线偏振激发，然后通过时间分辨的测量从衰减的激发量子比特的发射光的圆偏振度的层析成像。我们证明了我们的方法的暗激子自旋态的保真度为0.94，主要是由我们的偏振分析仪的准确性限制。
2019-10-11 cond-mat.other quant-ph
Demonstration of deterministic SWAP gate between superconducting and frequency-encoded microwave-photon qubits
该研究演示了超导原子量子比特与微波光子量子比特之间的确定性SWAP门，利用单光子拉曼相互作用实现高保真度双向量子态传输，为分布式量子计算提供关键元件。
2023-02-09 quant-ph
Efficient quantum memory for single photon polarization qubits
量子存储器是实现远距离量子通信和大规模量子计算的关键接口，用于存储和检索飞行的光子量子态。虽然许多高存储-检索效率的实验方案已经用弱相干光脉冲进行，但迄今为止实现的所有真正单光子的量子存储器的效率远低于50%，这是实际应用的阈值。在这里，我们报告的演示单光子偏振量子比特的效率>85%，保真度> 99%，基于平衡的双通道电磁诱导透明的激光冷却铷原子的量子存储器。对于单通道量子存储器，存储和检索单光子时间波形的优化效率可高达90.6%。我们的结果使光子量子存储器更接近于量子信息处理的实际应用。
2020-04-07 quant-ph
Deterministic quantum teleportation between distant superconducting chips
该研究通过64米长超低损耗电缆总线连接远距离超导芯片，利用飞行微波光子实现确定性量子态和纠缠门隐形传态，为分布式超导量子计算网络奠定基础。
2023-02-17 quant-ph
Counterdiabatic quasi-Floquet control for the generation of entangled BICs using giant atoms
Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Universidad Técnica Federico Santa María（费德里科·圣塔玛丽亚技术大学）
本文提出一种利用巨原子和反绝热准Floquet控制生成高保真纠缠连续谱束缚态的方法，实现了高保真度纠缠制备与保持。
2026-09-29 quant-ph
Waveguide-QED-Based Photonic Quantum Computation
我们提出了一个新的量子计算方案，使用飞行量子比特-在一维波导中传播光子-与物质量子比特相互作用。光子-光子相互作用通过耦合到三能级或四能级系统来介导，基于该光子-光子π相位门（受控-非）可以实现通用量子计算。我们表明，高的门保真度是可能的超导电路和光子晶体波导最近戏剧性的实验进展。该系统可以成为未来片上量子网络的重要组成部分。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum optical frequency up-conversion for polarisation entangled qubits: towards interconnected quantum information devices
实现全球量子网络需要结合不同量子系统的各自优势来执行通用任务，特别是使用飞行和静止量子位。然而，在不同系统之间相干地传输量子信息是具有挑战性的，因为它们通常具有不同的性质，特别是在操作波长和波包方面。为了规避量子光子系统的这个问题，我们展示了一种偏振保持量子频率转换设备，其中电信波长的光子被转换为近红外，在该近红外处，各种量子存储器工作。我们的设备基本上是免费的噪音，我们证明通过近乎完美的单光子状态转移断层扫描和观察转换后的高保真纠缠。此外，我们的导波设置是强大的，紧凑的，很容易适应其他波长。因此，这种方法代表了有利地连接基于光和物质的量子信息系统的主要构建块。
2019-07-23 quant-ph
High-fidelity single-qubit gates in a strongly driven quantum dot hybrid qubit with $1/f$ charge noise
半导体双量子点混合量子比特是实现高保真量子计算的理想材料。然而，它们的性能受到电荷噪声和声子诱导的退相的限制，电荷噪声在固态器件中无处不在。在这里，我们探索改进混合量子比特的量子操作的方法，使用强微波驱动来实现比退相干过程快得多的门操作。使用数值模拟和理论方法的基础上的累积展开，我们分析了量子比特动力学的存在下，$1/f$电荷噪声，形成了占主导地位的退相干机制，在许多固态设备。我们发现，虽然强驱动效应和电荷噪声都降低了量子门的保真度，简单的脉冲整形技术有效地抑制了强驱动效应。此外，当失谐参数和隧穿耦合同时驱动时，出现了宽的AC最佳点。考虑到声子介导的噪声，我们发现，应该有可能实现$X_π$门的结晶度高于$99.9\%$。
2019-06-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Neutral Atom-Based Hybrid Classical-Quantum Approach for the Entanglement Routing Problem
Pasqal（帕斯卡尔）；Thales SIX GTS France（泰雷兹六世GTS法国）
针对量子网络中的保真度约束纠缠路由问题，提出将中性原子量子优化作为列生成框架中的定价预言机，在小型基准上实现低于1%的最优性差距，验证了混合经典-量子方法的可行性。
2026-09-30 quant-ph
High-Fidelity Control of Superconducting Qubits Using Direct Microwave Synthesis in Higher Nyquist Zones
用于超导量子处理器的控制电子器件对精确控制其量子位的敏感量子态有严格的要求。依靠超相位稳定振荡器的纯度来上变频非常低噪声的基带脉冲，当扩展到更大的量子设备时，传统的控制系统可能变得过于复杂和昂贵，特别是当高采样率对于细粒度脉冲整形变得可取时。几GHz射频数模转换器（RF DAC）为高保真控制提供了一种更经济的途径，同时对合成信号的频谱提供了更大的控制。具有超宽带宽的现代RF DAC能够直接合成高于其采样速率的音调，从而将系统时钟速率保持在与现代数字逻辑系统兼容的水平，同时仍然能够生成具有任意轮廓的高频脉冲。我们已经将定制的超导量子位控制逻辑集成到现成的硬件中，能够使用频率为5 GHz的RF DAC进行高达7.5 GHz的低噪声脉冲合成。我们的方法可以在宽带宽上实现高度线性和稳定的微波合成，从而实现高分辨率控制，并减少每个量子位所需的信号源数量。我们使用一个五transmon超导设备的硬件的性能进行了表征，并证明了一贯减少两个量子位门误差（低至1.8%），我们表现出优越的控制链线性相比，传统配置的结果。卓越的灵活性和稳定性进一步为超越中等规模设备的可扩展量子控制奠定了基础。
2021-01-23 quant-ph
Optimal control in large open quantum systems: the case of transmon readout and reset
本文提出结合伴随态方法与反时间反向传播的可扩展低内存框架，优化 Lindblad 开放量子系统控制，并在 transmon 色散读取和全微波复位中实现保真度与速度的 2 倍提升。
2025-02-20 quant-ph
