Ramsey-biased spectroscopy of superconducting qubits under dispersion
我们提出了一种光谱方法，扩展了拉姆齐的原子光谱法，以检测超导电路上制造的量子比特的跃迁频率。该方法使用量子比特偏置的多间隔训练来实现与入射探测场的交替共振和色散耦合。量子比特的随后的吸收光谱在其过渡频率处具有比从不断地将量子比特偏置到共振而获得的线宽更窄的线宽，而中间色散演化仅引起检测到的频率的可忽略的偏移。通过对transmon量子比特的模拟，我们发现双共振方案在极端的色散与共振持续时间比下，线宽减小了23%，同时Ramsey条纹被抑制。如果通过额外的谐振段来增强该方案，则可以实现进一步减少37%。
2020-04-17 physics.optics quant-ph
Environmental noise spectroscopy with qubits subjected to dynamical decoupling
由于经典高斯噪声而受到纯退相的量子比特可以通过利用其在适当选择的动态解耦（DD）序列下的读出来重建噪声的功率谱密度而变成这种噪声的光谱仪。我们回顾了这种基于DD的噪声光谱技术背后的理论，特别注意当环境噪声是非高斯和/或它具有真正的量子特性时出现的问题。虽然我们专注于该方法的理论基础，但我们将讨论的概念与具体实验联系起来，并概述了与基于固态的量子位相关的环境噪声模型，包括基于量子点的自旋量子位，超导量子位和金刚石中的NV中心。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strain-spectroscopy of strongly interacting defects in superconducting qubits
一些微制造的新型量子器件（如超导谐振器和量子比特）的正常功能受到被称为隧穿两能级系统（TLS）的寄生结构材料缺陷的严重影响。最近的实验报告了明确的证据，个别（相干）TLS之间的强相互作用使用应变辅助光谱。这项工作提供了一个替代和简单的理论见解，说明如何获得这种强烈的相互作用的缺陷内的量子位的约瑟夫森结的非晶隧道势垒的光谱响应。此外，在这里获得的相应的光谱特征可以用于快速，有效地阐明这些相互作用的TLS在实验中的应变或电场光谱的基础上的实际状态。
2021-11-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Precise Spectroscopy of High-Frequency Oscillating Fields with a Single-Qubit Sensor
振荡场的精确光谱分析在许多领域都具有重要的意义。在这里，我们提出了一个实验上可行的方案，使用单量子位传感器测量快速振荡场的频率。通过调用稳定的经典时钟，连续测量之间的信号相位相关性使我们能够以极高的精度提取目标频率。此外，我们将动态解耦技术集成到框架中，以抑制慢环境噪声的影响。我们的框架是可行的各种原子和单固态自旋系统内的国家的最先进的实验能力作为一个通用的工具，量子光谱。
2021-01-20 quant-ph
One- and two-photon spectroscopy of a flux qubit coupled to a microscopic defect
我们观察了超导磁通量子比特耦合到非本征量子系统（EQS）的动力学行为。EQS的存在通过量子位的光谱中的反交叉来揭示。双光子跃迁到量子位-EQS系统的第三激发态的激发使我们能够提取关于EQS的能级结构和耦合的详细信息。我们推导出EQS是一个两能级系统，与量子比特的横向耦合。在实验过程中，EQS的跃迁频率和耦合发生了变化，这支持了EQS是一个微观起源的二能级系统的观点。
2009-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Intrinsic dissipation in superconducting junctions probed by qubit spectroscopy
本文提出用量子位谱研究高透明约瑟夫森结中频率依赖的本征耗散。有效耗散浴的谱密度可能包含来自Andreev束缚态耦合到约瑟夫森相位的波动的显著贡献。改变施加到结的偏置电流或通过rf-SQUID装置中的超导环的磁通量，可以将能级分裂值调整到接近约瑟夫森势阱的底部。监测量子比特能量弛豫时间，可以探测有效耗散浴的谱密度，并明确识别Andreev能级的贡献。
2018-10-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Spectroscopy of cross-correlations of environmental noises with two qubits
由适当的控制脉冲序列驱动的单个量子比特可以用作影响其能量分裂的局部噪声的光谱仪。我们表明，通过驱动和观察两个空间上分离的量子比特，可以重建作用在不同位置的噪声的互相关谱。当量子比特由相同的脉冲序列驱动时，可以重建互相关谱的实部，而将两个不同的序列应用于两个量子比特允许重建该谱的虚部。后一个量包含关于不同位置处的环境动态之间的因果相关性或关于噪声信号通过环境的传播的发生的信息。我们说明了前一种情况下，通过建模的噪声光谱协议耦合到相关的二能级系统的量子比特。虽然量子比特之间的纠缠不是必需的，但它的存在增强了重建光谱信息的信号。
2015-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transmission-based noise spectroscopy for quadratic qubit-resonator interactions
本文发展了描述二次相互作用下噪声量子比特-谐振器系统瞬态传输的理论，推广量子朗之万方程并证明仅线性和二次耦合可解析处理，首次表明可通过输入-输出测量提取噪声特性，扩展了基于传输的噪声光谱学。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise Spectroscopy Using Correlations of Single-Shot Qubit Readout
更好地理解噪声引起的量子比特退相干对于提高量子比特性能至关重要。影响量子位的噪声谱可以通过在脉冲序列的应用下测量移相来提取，但是需要精确的量子位控制和足够长的弛豫时间，这并不总是可用的。在这里，我们描述了一种替代方法来提取连续的自由感应衰变的单次测量结果的相关性的频谱。这种方法只需要量子位初始化和读出具有适度的保真度，并且还允许对整体灵敏度和其敏感的频率区域进行独立调谐。因此，可以在非常宽的频率范围上保持良好的检测对比度。我们讨论了用我们的方法测量GaAs自旋量子比特核浴的$1/f$噪声和涨落谱。
2013-01-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunneling spectroscopy using a probe qubit
我们描述了一种量子隧穿光谱技术，只需要低带宽控制。该方法涉及将探测量子位耦合到所研究的系统以创建局域探测态。然后相对于被探测系统的未扰动能级扫描探测态的能量。当探针的能量偏置接近被探测系统的本征能量时，发生翻转探针量子位的状态的非相干隧穿跃迁。监测这些过渡允许探测系统本征谱的重建。我们证明了这种方法上的射频SQUID通量量子比特。
2013-01-03 cond-mat.supr-con quant-ph
Assessment of a silicon quantum dot spin qubit environment via noise spectroscopy
保持足够长的相干性以执行有意义的计算是大规模量子计算机实现途径上的主要挑战之一。来自环境的噪声是退相干的主要影响因素，但可以通过工程设计和控制解决方案来减轻。然而，这只有在彻底了解主要噪声源及其频谱之后才有可能。在本文中，我们采用硅量子点自旋量子比特作为一个噪声器件来研究量子比特所经历的噪声环境。我们比较了这种量子比特与硅量子比特中注入的磷施主在相同的环境和测量设置下对电噪声的敏感性。我们的研究结果表明，正如预期的那样，量子点自旋量子比特是更敏感的电噪声比施主自旋量子比特由于较大的斯塔克位移，和噪声光谱数据显示在中频（2-20 kHz）的显着的电荷噪声贡献。
2018-05-25 quant-ph
Two-Level System Spectroscopy from Correlated Multilevel Relaxation in Superconducting Qubits
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本研究提出了一种无需调节传输门频率的TLS光谱学方法，通过多级弛豫揭示TLSs的频率漂移。
2026-02-11 quant-ph
Spectroscopy of classical environmental noise with a qubit subjected to projective measurements
我们从理论上展示了如何在一个量子比特上进行纯退相的多个测量的相关性可以表示为环境噪声滤波。这种相关性的测量可以用于环境噪声光谱，并且在这样的设置中可实现的噪声滤波器的家族比使用动态解耦序列的标准方法可实现的噪声滤波器的家族更宽。我们说明了这种方法的优点，考虑的情况下，噪声频谱在很低的频率尖锐的功能。我们还展示了如何适当地选择一些测量的相关性可以检测某些环境噪声的非高斯特性，特别是在所谓的最佳工作点影响量子比特的噪声。
2020-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Qubit-efficient entanglement spectroscopy using qubit resets
在NISQ器件上解决较大问题的一种策略是利用电路宽度和电路深度之间的折衷。不幸的是，这种权衡仍然限制了易于处理的问题的大小，因为在噪声占主导地位之前，增加的深度通常无法实现。在这里，我们开发量子比特有效的量子算法纠缠光谱，避免这种权衡。特别是，我们开发了用于计算量子系统的密度算符的n次幂的迹线的算法，$Tr(ρ^n)$（与n阶Rényi熵相关），该算法使用比以前任何有效算法更少的量子比特，同时在存在噪声的情况下实现类似的性能，从而使NISQ设备上的更大量子系统的光谱学成为可能。我们的算法，这需要一个独立于n的量子位数，是以前的算法与宽度成比例的n，渐近差异的变种。这些新算法的关键要素是在计算过程中测量和重新初始化量子比特子集的能力，使我们能够重用量子比特并增加电路深度，而不会遭受通常的噪声后果。我们还引入了有效电路深度的概念，作为标准电路深度的推广，适用于具有量子位重置的电路。这个工具有助于解释我们的量子位高效算法的抗噪能力，并有助于设计未来的算法。我们进行了数值模拟，比较我们的算法与原始的变种，并显示它们在受到噪声时表现相似。此外，我们在霍尼韦尔系统模型H0上实验性地实现了我们的量子位高效算法之一，估计$Tr(ρ^n)$的n比以前的算法可能的大。
2021-08-27 quant-ph
Qubit noise spectroscopy for non-Gaussian dephasing environments
我们介绍开环量子控制协议，用于表征非高斯噪声的光谱特性，适用于经典和量子退相环境。其基本思想是通过重复适当设计的脉冲序列来设计多维频率梳，通过该频率梳，期望的高阶噪声谱可以与量子位探针的可观察属性相关。我们证明，获得高的时间分辨率是关键，以实现频谱重建在扩展的带宽，克服现有的计划的局限性。非高斯光谱演示了一个经典的噪声模型描述二次移相在一个最佳点，以及量子自旋玻色子模型的平衡。在这两种情况下，我们得到的光谱重建，准确地预测在非高斯制度的量子位动力学。
2015-12-04 quant-ph
Assessing Spatiotemporally Correlated Noise in Superconducting Qubits via Pulse-Based Quantum Noise Spectroscopy
Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本文提出一种非参数量子噪声谱学协议，用于表征超导量子器件中时空相关退相干噪声和量子串扰的频谱和静态误差。
2026-03-19 quant-ph
Spectroscopy of capacitively coupled Josephson-junction qubits
我们证明了两个电容耦合的约瑟夫森结，在量子极限下，形成一个简单的耦合量子比特系统，其有效耦合由结偏置电流控制。我们数值计算系统的能级和波函数，并展示如何调整这些可以使最佳量子比特。能级对参数的依赖性可以用光谱方法测量，为约瑟夫森结电路中纠缠多量子比特态的存在提供了重要的实验检验。
2003-01-22 cond-mat quant-ph
Charge shelving and bias spectroscopy for the readout of a charge-qubit on the basis of superposition states
基于电荷的量子比特已经被提出作为量子计算机的基本元素。一种通常提出的读出装置是单电子晶体管（SET）。SET可以区分局域电荷态，但缺乏直接区分叠加态的灵敏度，与位置态相比，叠加态的相干时间大大增强。我们建议引入第三个点，并利用从量子位到这个点的能量依赖隧穿（偏置光谱）进行伪自旋到电荷的转换和叠加基读出。我们介绍了一种绝热快速的MEMS式的电荷泵技术，使有效的和强大的读出通过电荷搁置，避免由于有限的SET测量时间的问题。
2004-07-27 cond-mat.other quant-ph
Ancillary qubit spectroscopy of cavity (circuit) QED vacua
我们从理论上研究了辅助量子比特的光谱如何探测包含光子的腔（电路）QED基态。我们考虑三类系统（Dicke，Tavis-Cummings和Hopfield-like模型），其中非平凡真空是N个二能级系统和单模玻色子场之间的超强耦合的结果。一个辅助量子比特失谐相对于玻色子频率显示出不同的光谱特征，这取决于真空的类型。特别是，兰姆位移的辅助是敏感的基态光子布居和相关性。通过一个一致的主方程的超强耦合制度的辅助腔基态的反作用进行了研究，考虑到耗散。确定了高保真度测量的条件。
2014-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-Enhanced Picostrain Sensing with Superconducting Qubits
基于超导量子比特的量子增强微应变传感技术，利用多体纠缠和同频检测实现皮应变级别的高灵敏度检测，适用于纳米级材料表征和原位诊断。
2025-11-27 quant-ph
Microwave spectroscopy of a carbon nanotube charge qubit
碳纳米管量子点允许精确控制材料中的电子电荷、自旋和谷自由度，该材料是原子上完美的并且可以以同位素纯生长。这些特性是碳纳米管在量子信息处理中的独特潜力的基础，但是开发纳米管电荷、自旋或自旋谷量子位需要有效的读出技术以及理解和扩展这些器件中的量子相干性。在这里，我们报告了碳纳米管电荷量子比特的微波光谱，其中量子信息被编码在电子的空间位置中。我们将射频反射测量设备的量子电容与微波操纵相结合，以驱动量子比特状态之间的跃迁。这种方法简化了电荷状态读出，并允许我们在量子位对电荷噪声一阶不敏感的最佳点操作器件。从这些测量中，我们能够量化量子比特所经历的电荷噪声的程度，并获得5 ns的非均匀电荷相干性。我们使用一个斩波的微波信号，其占空比周期是不同的，以测量量子比特状态的衰减，产生48 ns的电荷弛豫时间。
2017-06-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analysis of the spectroscopy of a hybrid system composed of a superconducting flux qubit and diamond NV centers
结合超导磁通量子比特和金刚石中电子自旋系综的优点的混合系统是实现量子信息处理的最有前途的器件之一。探索超导体金刚石系统的特性对于有效地使用该装置是必不可少的。当我们对该系统进行光谱分析时，观察到显著的功率展宽。然而，以前的模型来描述这个系统是已知的，只有当功率展宽是可以忽略不计的适用。在这里，我们建立了一种新的方法来分析这个系统的强驱动，并成功地再现了频谱的功率展宽。我们的研究结果提供了一个有效的方法来分析这种混合系统。
2015-05-28 quant-ph
Random Pulse Sequences for Qubit Noise Spectroscopy
本文提出一种基于随机脉冲序列的量子比特噪声谱学方法，利用相位恢复算法设计序列并直接测量噪声谱线性泛函，结合压缩感知重建稀疏谱，在自组装量子点上实现比传统动力学解耦快一个数量级的谱提取。
2025-04-28 quant-ph
Correlation spectroscopy with multi-qubit-enhanced phase estimation
拉姆齐干涉测量法是一种广泛使用的工具，用于精确测量量子系统的两个能级之间的跃迁频率，其应用于计时、精密光谱学、量子光学和量子信息。通常，量子系统的相干时间超过探测系统的振荡器的相干时间，从而限制了询问时间和相关的光谱分辨率。相关光谱学通过探测具有相同噪声振荡器的两个量子系统来测量它们的跃迁频率差，从而克服了这一限制;这种技术使得原子钟能够进行非常精确的比较。在这里，我们扩展相关光谱的情况下，多个量子系统进行强相关退相。我们模型的拉姆齐相关光谱与$N$粒子作为一个多参数的相位估计问题，并表明，多粒子量子关联可以帮助减少测量的不确定性，即使在没有纠缠。我们推导出这个问题的精度限制和最佳的传感技术，并比较探测状态和测量与无纠缠的性能。使用一维和二维离子库仑晶体高达91量子比特，我们实验证明了测量多粒子量子相关性的优势，以减少相位的不确定性，并应用相关光谱测量离子-离子距离，跃迁频移，激光-离子失谐，和路径长度波动。我们的方法可以直接在具有全局相干量子位控制和量子位分辨单次读出的实验装置中实现，因此适用于其他物理系统，例如镊子阵列中的中性原子。
2023-02-19 quant-ph
Noise-spectroscopy of multiqubit systems: Determining all their parameters by applying an external classical noise
想象一下，你有几组两个耦合的量子比特，但你不知道它们的哈密顿参数。如何确定这些而不诉诸于通常的光谱方法的问题？基于数值模拟，我们表明，所有的参数的两个耦合的量子比特系统可以通过施加到它的外部经典噪声和分析的傅立叶谱的元素的系统的密度矩阵确定。特别是，层间间距以及量子位-量子位耦合的强度和符号可以通过这种方式确定。
2012-05-29 quant-ph
Quantum sensing composite excitations in an anisotropic ferromagnet via a qubit
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨技术大学凯泽斯劳滕-兰道）
本文理论发展量子比特光谱技术，可探测铁磁体的量子压缩磁振子态叠加，分析了多压缩福克态叠加激发态的探测难点及低振幅相干压缩磁振子态的权衡关系，为相关探测提供基础与设计方程。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Learning Non-Markovian Quantum Noise from Moiré-Enhanced Swap Spectroscopy with Deep Evolutionary Algorithm
Google Research（谷歌研究院）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣巴巴拉分校）
非晶半导体中的二能级系统（TLS）缺陷是固态量子比特中噪声和退相干的主要来源。由TLS-量子比特耦合引起的门相关非马尔可夫误差对容错量子计算是有害的，并且在现有文献中没有严格处理。在这项工作中，我们推导出非马尔可夫动力学之间的TLS和量子比特在SWAP类两量子比特门和相关的平均门保真度的频率可调的量子比特。这种依赖于门的误差模型有助于使用量子位作为传感器，以同时学习量子位的环境和控制波形中的实际缺陷。我们将最先进的机器学习算法与Moiré增强交换光谱相结合，以实现使用噪声实验数据的鲁棒学习。深度神经网络用于表示从实验数据到TLS参数的功能映射，并通过进化算法进行训练。我们的方法实现了最高的学习效率和对实验缺陷的鲁棒性，代表了对环境和控制缺陷的原位量子控制优化的重要一步。
2019-12-09 cs.LG quant-ph
Cavity-Enhanced Collective Quantum Processing with Polarization-Encoded Qubits
merQlab, Department of Computer Graphics, Vision and Digital Systems, Silesian University of Technology（merQlab，计算机图形学与视觉数字系统系，西里西亚理工大学）
本文提出一种腔增强的光学架构，用于集体量子处理，通过回路腔体模式的偏振子空间编码逻辑量子比特，利用可编程偏振变换实现单量子比特操作，并通过偏振选择非线性相互作用生成可调可控相门，实现通用门集。
2026-08-13 cs.AI quant-ph
Sideband Transitions and Two-Tone Spectroscopy of a Superconducting Qubit Strongly Coupled to an On-Chip Cavity
在一个由库珀对盒与超导传输线谐振器强非共振耦合组成的系统中，用光谱方法研究了边带跃迁。当库珀对盒工作在最佳电荷偏置点时，哈密顿量的对称性需要双光子过程来访问边带。在强非共振驱动引起的边带跃迁中观察到的大色散ac-Stark位移与我们的理论预测一致。边带跃迁是实现量子信息处理电路量子电动力学结构中量子比特-光子纠缠和量子比特-量子比特纠缠的重要手段。
2007-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Parameterized Two-Qubit Gates for Enhanced Variational Quantum Eigensolver
变分量子本征求解器是一种重要的量子-经典混合算法，有望对近期的量子器件产生影响。它们通常基于由参数化单量子位门和固定双量子位门组成的电路模拟器。研究了参数化双量子比特门在变分量子本征求解器中的作用。我们模拟了一个变分量子本征求解器算法，使用固定的和参数化的两个量子比特门的电路模拟器，并表明参数化的版本优于固定的版本，无论是在最佳能量和减少离群值，在量子化学和材料科学的应用范围内的哈密顿量。
2022-10-12 quant-ph
Amplitude spectroscopy of two coupled qubits
我们研究了大振幅的含时驱动场对由两个耦合量子比特组成的系统（二能级系统）的影响。利用旋转波近似（RWA）可以找到四能级系统共振激发的简单条件。我们发现，共振条件包括量子比特之间的耦合强度。数值模拟证实了RWA的定性结论。为了揭示由准能级运动和周期驱动场中的交叉引起的共振跃迁的特性，我们使用Floquet态，它确定了系统的精确中间态。通过计算多能级系统的准能态，可以求出跃迁几率，并建立跃迁几率的干涉图样。干涉图样证明了获得关于量子比特的各种信息的可能性，因为跃迁概率最大值的位置取决于各种系统参数，包括量子比特之间的耦合强度。
2012-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Theory of Two-Qubit $T_2$ Spectroscopy of Quantum Many-Body Systems
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Harvard University（哈佛大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；The State University of New York at Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）
本文提出利用双量子比特传感器通过脉冲序列分离探测环境的响应与噪声，揭示多体系统中相关性的时空扩散特征，包括低能激发的色散和非平衡条件下的光锥扩展。
2026-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Intrinsic and induced quantum quenches for enhancing qubit-based quantum noise spectroscopy
我们讨论了如何标准的$T_2$为基础的量子传感和噪声光谱协议往往会引起无意淬火的系统或环境被探测：有一个有效的突然变化，在开始的环境哈密顿的传感协议。这些猝灭对初始环境状态非常敏感，并导致传感器量子位演化中可观察到的变化。我们展示了如何使用这些新功能来直接访问环境响应属性。这使得能够实现用于直接测量熔池温度的方法和诊断非热平衡状态的方法。我们还讨论了技术，允许一个故意控制和调制这种淬火物理，使浴光谱功能的重建。还讨论了非高斯量子浴的扩展，因为我们的想法直接适用于基于标准金刚石NV中心的量子传感平台。
2021-04-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Model-Based Qubit Noise Spectroscopy
本文借鉴经典信号处理中的SchWARMA形式，提出基于模型的量子比特噪声谱学方法，通过仿真和实验验证其统计与计算优势，并展望其在量子系统自适应反馈控制中的应用。
2024-05-22 quant-ph
NMon: enhanced transmon qubit based on parallel arrays of Josephson junctions
本文提出 NMon，一种基于 Josephson 结并联阵列的新型超导量子比特，在保持 transmon 级电荷与磁通跃迁矩阵元的同时提升非谐性和可调性，并将磁通噪声相关矩阵元降低一个数量级。
2024-04-08 quant-ph
Non-Gaussian noise spectroscopy with a superconducting qubit sensor
影响感兴趣的量子系统的噪声的准确表征在量子科学中具有深远的影响，从退相干动力学的微观建模到噪声优化的量子控制。虽然通常采用噪声服从高斯统计的假设，但噪声本质上通常是非高斯的。特别是，当量子比特与离散噪声源强耦合或对环境自由度具有非线性响应时，高斯近似就会崩溃。因此，为了仔细检查高斯假设的适用性并捕获独特的非高斯签名，用于表征非高斯噪声的工具是必不可少的。在这里，我们实验验证了量子控制协议，除了频谱，重建领先的高阶频谱的工程非高斯退相噪声使用超导量子位作为传感器。非高斯噪声光谱的首次实验演示代表了向演示量子设备的完整光谱估计工具箱迈出的重要一步。
2019-09-30 quant-ph
The dynamical-decoupling-based spatiotemporal noise spectroscopy
在这里，我们演示了如何标准的，时间上的，动态解耦为基础的噪声光谱方法可以扩展到也包括空间自由度。这种时空光谱学利用了排列在一条线上的多个量子比特的系统，这些量子比特由于环境噪声而经历纯失相。当量子位由适当协调的$π$脉冲序列驱动时，多量子位寄存器变得与噪声的所有分量解耦，除了由脉冲序列指定的频率和波长表征的那些分量之外。这允许采用用于重建二维谱密度的过程，该二维谱密度量化噪声的空间和时间谐波分量之间的功率分布。
2019-04-18 quant-ph
Quantum environment afterglow from broadband excitation spectroscopy in superconducting qubits
Institute for Functional Quantum System (PGI-13), Forschungszentrum Jülich（朱利希研究中心功能量子系统研究所）；Department of Physics, RWTH Aachen University（亚琛工业大学物理系）
本文通过时间分辨宽带激发光谱研究超导量子比特环境，重建噪声谱并揭示长寿命二能级系统，发现其导致非马尔可夫效应，为容错量子计算提供障碍识别与规避方法。
2026-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopy of low-frequency noise and its temperature dependence in a superconducting qubit
本文报道了超导磁通量子比特中低频噪声谱的直接测量。我们的方法使用自由感应拉姆齐干涉实验的噪声敏感性，包括在存在噪声的情况下自由演化一段固定的时间，然后进行单次量子比特状态测量。重复这个过程，使傅里叶变换噪声光谱与访问的频率可达到的重复率，一个制度相关的整体平均时域测量，如拉姆齐干涉。旋转量子比特的量化轴可以让我们测量两种类型的噪声：有效通量噪声和有效临界电流或电荷噪声。对于这两种噪声源，我们观察到，在相当高的频率（0.2-20 MHz）下测量的非常相同的1/f型幂律与此处测量的0.01-100 Hz范围内的噪声一致。我们发现没有证据的温度依赖性的噪声超过65-200 mK，也没有证据的时域之间的相关性的两个噪声。这些方法和结果适用于所有超导量子比特的退相。
2012-05-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Transition between continuous and discrete spectra in dynamical-decoupling noise spectroscopy
在这里，我们探索的前景进行单量子位光谱的环境噪声时，由动态去耦脉冲序列产生的频率滤波器的分辨率可以设置得足够高，以揭示离散结构的噪声谱密度。当滤波器不能分辨离散的谱线并且在量子比特的退相干率中仅记录谱的粗粒度近似时，光谱学的标准形式是适用的。当离散结构变得可访问时，量子位探针以质的不同方式演化，并且必须重新设计恢复谱密度的过程。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin-qubit noise spectroscopy from randomized benchmarking by supervised learning
我们展示了一种方法来获得频谱的$1/f$噪声自旋量子比特设备随机基准，辅助监督学习。噪声指数表示噪声内的相关性，通过训练双层神经网络来确定，该双层神经网络具有校正噪声和不校正噪声的脉冲序列的随机基准测试结果之间的比率。训练完成后，神经网络能够预测指数的绝对误差约为0.05，与现有的方法。然后通过训练另一个神经网络来评估噪声幅度，该神经网络具有来自未校正序列的随机基准测试结果的衰减保真度。在噪声指数已知的情况下，预测噪声幅值的相对误差可低至5%。我们的研究结果表明，神经网络是能够预测随机基准测试的噪声谱，这可以是一种替代方法来测量自旋量子比特设备中的噪声谱。
2019-03-28 quant-ph
Noise spectroscopy of a quantum-classical environment with a diamond qubit
了解量子系统的环境对于其作为量子设备的实际使用至关重要。量子比特传感器可以重建经典浴的噪声谱密度，提供足够长的相干时间。在这里，我们提出了一个协议，可以解开一个更复杂的环境，包括未知的相干耦合量子系统的特性，和一个更大的量子浴，可以建模为一个经典的随机场。我们利用金刚石中氮空位中心的丰富环境，用偏置磁场调节环境行为，实验证明我们的方法。我们展示了如何重建噪声谱密度，即使在有限的相对较短的相干时间，并确定当地的自旋环境。重要的是，我们证明了重建的模型可以具有预测能力，在不用于噪声光谱的控制序列下描述自旋量子位动力学，这是构建鲁棒量子器件的关键特征。在较低的偏置场，其中浴的量子性质的影响是更明显的，我们发现，需要一个以上的经典噪声模型来正确地描述不同控制下的自旋相干性，由于量子比特的回作用到浴。
2018-12-19 quant-ph
Non-Markovian Relaxation Spectroscopy of Fluxonium Qubits
针对标准量子比特弛豫表征技术无法捕捉环境非马尔可夫行为的问题，提出双时间尺度弛豫测量法，在磁通量子比特中发现毫秒级寿命的寄生二能级系统离散谱，为噪声保护量子比特发展提供参考。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhanced energy relaxation process of quantum memory coupled with a superconducting qubit
对于量子信息处理，每个物理系统对于实现具有不同的优势，因此从多个系统受益的混合系统将能够提供有希望的方法。一种常见的混合方法是将一个超导量子比特作为可控量子比特，另一个具有长相干时间的量子系统作为存储量子比特。超导量子比特使我们能够对量子态具有良好的可控性，而存储量子比特能够长时间存储信息。通过调节超导量子比特和存储量子比特之间的能量分裂，人们相信可以实现它们之间的选择性耦合。然而，我们已经证明，这种方法有一个根本的缺点，涉及能量泄漏的内存量子位。失谐的超导量子比特通常会受到严重的退相干的影响，这会导致从记忆量子比特到超导量子比特的非相干能量弛豫。我们还发现，这种能量输运可以解释为超导量子比特中的涨落引起的反量子芝诺效应的出现。我们还讨论了一种可能的解决方案，以避免这种能量弛豫过程，这是可行的现有技术。
2012-01-11 quant-ph
Electric field spectroscopy of material defects in transmon qubits
超导集成电路在实现集成量子计算处理器方面具有巨大的潜力。然而，固态方法的缺点是超导量子比特强烈地受到由器件材料中的原子尺度缺陷引起的能量耗散和环境波动的影响。朝着升级量子处理器的进一步进展将需要改进设备制造技术，这些技术需要由新的分析方法来指导，以了解和防止缺陷形成的机制。在这里，我们提出了一种新的技术来分析超导量子比特中的个别缺陷，通过调整它们与外加电场。这为提取缺陷的能量分布、电偶极矩和相干时间提供了一种新的光谱学方法。此外，它使人们能够区分缺陷驻留在约瑟夫森结隧道势垒从那些在电路接口。我们发现，在电路接口处的缺陷是负责约60%的介电损耗的研究transmon量子比特样品。大约40%的所有检测到的缺陷包含在大面积寄生约瑟夫森结的隧道势垒中，这些寄生结在阴影蒸发中并行发生，只有大约3%被识别为强耦合缺陷，这些缺陷可能存在于小面积量子位隧道结中。演示的技术提供了一个有价值的工具，以评估退相干源电路接口和隧道结，是很容易适用于标准量子位样本。
2019-11-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Collectively Enhanced Interactions in Solid-state Spin Qubits
我们提出并分析了一种技术，以集体增强由随机网络的自旋量子位组成的固态量子寄存器之间的相互作用。在这样的系统中，无序的偶极相互作用通常导致局部化。在这里，我们证明了一个单一的集体离域本征模的出现，因为一个打开横向磁场。这种对称集体模式和远程自旋量子位之间的相互作用强度通过参与离域模式的自旋数量的平方根来增强。通过这种集体增强，远程自旋寄存器之间的远程量子逻辑可以发生在与光学寻址一致的距离处。讨论了利用金刚石中氮空位缺陷的具体实现，并考虑了退相干的影响。
2013-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Qubit noise spectroscopy using a continuous driving field
针对特定量子比特实现的动态解耦和量子纠错的优化是基于对噪声性质的详细了解。使用动态去耦脉冲序列的单轴噪声光谱学最近引起了广泛的关注。在这里，我们考虑基于自旋锁定型脉冲序列，即连续波（CW）共振驱动场的噪声光谱。我们发现，一个启发式的过滤函数的方法产生了一个定性正确的（但定量不正确）的结果，而0阶平均哈密顿计算所示同意广义布洛赫方程预测的结果。我们进一步计算了高达2阶平均哈密顿修正，并显示了偏离广义布洛赫方程的结果。这表明，使用连续场的噪声光谱学，在某些情况下，比脉冲方案更容易实现，对误差更鲁棒，可以进行严格的分析，并可以建立可靠的测量标准。最后，一个固态核磁共振实验表明，连续波和脉冲的方法同意在实验误差。在偶极耦合质子自旋池中，由于磁化涨落引起的噪声在所研究的频率范围内服从1/ω幂律衰减。
2014-01-21 quant-ph
Enhanced local addressability of a spin array with local exchange pulses and global microwave driving
本文提出一种结合全局微波场和局部交换脉冲的策略，通过单比特门和SWAP门实现对随机g因子分布的大型自旋阵列中单个自旋的寻址，并保持门保真度高于99%。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
One-clean-qubit spectroscopy of simulated Kitaev chains
University of Basel（巴塞尔大学）；King Fahd University of Petroleum and Minerals（法赫德国王石油与矿产大学）
本文提出一种数字-模拟量子模拟协议，利用单洁净量子比特测量Kitaev链的单粒子谱，通过DQC1模型和经典后处理，仅需单自旋测量即可映射拓扑相变。
2026-09-11 quant-ph
Enhanced Multi-Qubit Phase Estimation in Noisy Environments by Local Encoding
第一代多量子比特量子技术将由噪声、中等规模的设备组成，主动纠错仍然遥不可及。因此，为了利用这些设备，必须使用被动错误保护，以满足噪声保护和资源开销之间的谨慎权衡。在这里，我们实验证明，单量子比特编码可以显着增强纠缠和相干的四量子比特图状态的本地噪声的鲁棒性与首选方向。特别是，我们明确表明，本地编码提供了一个显着的实际优势，在嘈杂的环境中的相位估计。这证明了局域么正编码在现实条件下的有效性，在多量子比特量子技术中具有潜在的应用，用于计量、多方保密和纠错。
2019-06-13 quant-ph
Optimally band-limited spectroscopy of control noise using a qubit sensor
经典控制噪声在量子比特器件中无处不在，这使得其准确的频谱特性对于在物理层面设计优化的误差抑制策略至关重要。在这里，我们专注于乘性高斯振幅控制噪声的驱动量子比特传感器，并表明使用最佳频带限制Slepian调制的传感协议在现实的情况下提供了巨大的好处。特别强调的是铺设必要的理论框架扩展非参数多锥度光谱估计的量子设置突出的关键点的接触和差异，相对于经典配方。特别是，我们介绍和分析两种方法（自适应与单设置）量子多锥估计，并显示它们如何提供一个实用的方法来识别精细的光谱特征，否则无法检测到现有的协议，并获得可靠的先验估计用于后续的参数估计，包括高分辨率贝叶斯技术。我们定量表征单和多锥度Slepian估计协议的性能，通过数值重建代表性的谱密度，并证明其优势动态去耦噪声光谱方法，减少频谱泄漏的偏差，以及在补偿混叠效应，同时保持所需的采样分辨率。
2018-03-22 quant-ph
Entanglement-enhanced classical capacity of two-qubit quantum channels with memory: the exact solution
证明了在两次使用具有记忆的一般泡利信道时，最大信息量的可靠传输是通过超过某个记忆阈值的最大纠缠态来实现的。特别地，这证明了Macchiavello和Palma关于去极化通道的猜想[Phys.Rev.A { \bf 65}，050301（R）（2002）]。在记忆阈值以下，对于任意泡利通道，只能通过特定类型的乘积态来实现两次使用的经典容量。
2006-10-19 quant-ph
Accelerating two-dimensional electronic spectroscopy simulations with a probe qubit protocol
本文提出探针量子比特协议（PQP），用于在量子设备上高效模拟二维电子光谱，通过单量子比特测量和Heisenberg标度降低计算资源，实现数量级加速，并适用于FMO复合物等系统。
2024-11-28 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Hadamard NMR spectroscopy for two-dimensional quantum information processing and parallel search algorithms
阿达玛光谱学早期曾被用于加速多维核磁共振实验。在这项工作中，我们加快了二维量子计算计划，通过使用阿达玛光谱在间接的维度，导致在一个计划，这是更快的，只需要在直接维度的傅立叶变换。两个和三个量子位的量子门的实现与一个额外的观察者量子位。我们还使用一维阿达玛光谱二进制信息存储的空间编码和实施的并行搜索算法。
2006-09-08 quant-ph
