Entangling gates for trapped-ion quantum computation and quantum simulation
本文综述了囚禁离子量子门的基本原理与最新进展,涵盖1995年Cirac-Zoller方案以来的高保真度门操作及振幅、相位、频率调制等复杂方案,旨在实现快速、鲁棒且多比特适用的纠缠门。
2023-02-04 physics.atom-ph quant-ph
Trapped-Ion Entangling Gates Robust Against Qubit Frequency Errors
纠缠操作是大规模量子信息处理的必要工具,但是随着量子比特数量的增加,实验的不完善性会阻止当前方案达到足够的纠缠度。在这里,它是数字显示如何多色调的标准陷阱离子纠缠门的推广,可以同时对噪声和错误设置的频率的各个量子比特鲁棒。这放松了捕获场所需的均匀性程度,使物理上更大的系统更实用。
2020-04-15 quant-ph
Breaking the entangling gate speed limit for trapped-ion qubits using a phase-stable standing wave
本文提出利用相位稳定驻波独立调控载波与运动耦合,将载波耦合抑制18倍并增强自旋-运动耦合,从而突破传统行波Mølmer-Sørensen门的速度极限,在囚禁离子量子比特上实现了15 μs的纠缠门。
2023-10-19 physics.atom-ph quant-ph
Optimal control of entangling operations for trapped ion quantum computing
最优控制技术被应用于将酉量子操作分解为一系列单量子比特门和纠缠操作。为此,我们修改了一个梯度上升算法的耦合核自旋的分子系统,使其适用于囚禁离子量子计算。我们将酉操作分解成基于非线性集体自旋算子的纠缠门,并由全局自旋翻转和局部光移位门补充。除其他外,我们提供了受控非门和托弗利门的显式分解,以及一个简单的量子纠错协议。
2008-11-12 quant-ph
Analysis of the action of conventional trapped-ion entangling gates in qudit space
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, Skolkovo(俄罗斯量子中心)
本文分析了多级量子系统中常规捕获离子纠缠门的相位作用,提出补偿方法以提高门的鲁棒性和电路分解效率。
2026-09-04 physics.atom-ph quant-ph
Trapped-ion quantum error-correcting protocols using only global operations
量子纠错码是使用复杂的纠缠操作序列制备和测量的多体纠缠态。这种纠缠序列的每个元素在编码或读出代码期间将噪声引入精细的量子信息。因此,重要的是找到有效的纠缠协议,以避免信息的丢失。在这里,我们提出了一个实验,只使用全局纠缠操作编码任意的逻辑量子比特的五量子比特重复代码或五量子比特代码,与六离子库仑晶体结构中的潘宁陷阱。我们表明,使用全球业务使我们能够准备和读出这些代码,仅使用6个和10个全球纠缠脉冲,分别。所提出的实验还允许在读出过程中获取综合征信息。我们提供了一个噪声分析所提出的协议,估计我们可以实现一个六倍的改进,在相干时间与噪声高达$\sim 1\%$对每个纠缠操作。
2015-09-12 physics.atom-ph quant-ph
A trapped ion quantum computer with robust entangling gates and quantum coherent feedback
量子计算机有望在解决一系列计算问题时实现比经典计算机显著的加速。线性保罗阱中的离子链是构建这种量子计算机的一个有前途的平台,因为它们的相干时间长,控制质量高。在这里,我们报告了一个小型的,五量子比特,通用量子计算机的建设使用$^{88}\text{Sr}^{+}$离子在RF陷阱。所有的基本操作,包括初始化,量子逻辑操作和读出,都是高保真的。使用窄线宽激光器实现的选择性双量子位和单量子位门包括通用门集合,允许在量子寄存器上实现任何幺正。我们回顾了主要的实验工具,并详细描述了计算机的独特之处:使用强大的纠缠门和通过EMCCD相机采集的量子相干反馈系统的发展。后者是必要的,在未来的实验中进行量子纠错协议。
2021-11-07 physics.atom-ph quant-ph
Comparison of trapped-ion entangling gate mechanisms for mixed species
本文对比了混合离子种类体系中光移门与Mølmer-Sørensen门的差异及相位稳定性,并在Ca⁺/Sr⁺量子比特上实现99.8%和99.6%的保真度。
2025-09-22 physics.atom-ph quant-ph
Power-optimal, stabilized entangling gate between trapped-ion qubits
为了实现可扩展的量子计算,提高纠缠门的保真度和实现效率至关重要。本文提出了一种线性方法,在离子阱量子计算机上构造任意一对量子比特的可证明功率最优的纠缠门。该方法利用照射离子的束的幅度、频率和相位的同时调制,并且与现有技术不同,不需要在参数空间中进行任何搜索。线性方法是可扩展的,使稳定对外部参数波动的任意顺序的成本线性的顺序。我们实现并证明了功率最优,稳定的门上捕获离子量子计算机。
2021-08-08 cs.ET quant-ph
Entangling a series of trapped ions by moving cavity bus
多量子比特纠缠是量子信息处理的核心任务之一。在这里,我们提出了一种方法来纠缠一些冷离子(单独捕获在一串微陷阱)的移动腔。该腔被推动以均匀的速度一个接一个地包括离子,因此存储在前离子中的信息可以通过这种移动的腔总线被传递到后离子。由于捕获离子的位置被精确定位,离子-腔相互作用的强度和持续时间可以被精确控制。因此,通过适当地设置相关参数,典型的多离子纠缠态,例如,$W$状态的10个离子,可以确定性地产生。并对该方案的可行性进行了讨论。
2011-06-20 quant-ph
Demonstration of a dressed-state phase gate for trapped ions
我们演示了Bermudez等人提出的捕获离子纠缠门方案。[Phys. Rev. A 85,040302(2012)]。强载流子和单边带跃迁的同时激发使得能够确定性地产生纠缠态。该方法适用于磁场不敏感状态,对热激发是鲁棒的,包括从量子位退相误差的动态解耦,并且与具有捕获离子的一些其他纠缠门相比,在实验实现中提供了简化。我们实现了0.974(4)的贝尔态保真度,并确定了主要的误差来源。
2013-04-23 physics.atom-ph 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
Entangling-gate error from coherently displaced motional modes of trapped ions
捕获离子量子计算中的纠缠门主要针对具有初始运动分布的静止离子,所述初始运动分布是热的并且接近于基态。然而,未来的系统将可能由于例如以下原因而引起显著的非热激励,离子传输、更长的操作时间和阱阵列的增加的空间范围。在本文中,我们分析了这种相干运动激发对纠缠门误差的影响,通过对一对被困离子量子比特进行Molmer-Sorenson(MS)门的模拟,其中热激发和相干激发都存在于门开始时的共享运动模式中。我们发现,少量的相干位移显着侵蚀门的性能在实验噪声的存在下,我们证明,只施加有限的控制相位的位移可以抑制这种错误。然后,我们使用的实验数据,从传输离子的MS门误差在现实条件下的相干位移的影响进行分析。
2021-09-10 quant-ph
Efficient Arbitrary Simultaneously Entangling Gates on a trapped-ion quantum computer
有效地纠缠量子比特对对于充分利用量子计算的能力至关重要。在这里,我们设计了一个精确的协议,同时纠缠任意对量子比特的捕获离子量子计算机。该协议在系统规模上只需要多项式的经典计算资源,与单对情况相比,量子控制的开销非常小。我们展示了一个指数级的改进,在经典和量子资源的当前最先进的。我们实现了软件定义的捕获离子量子计算机上的协议,在那里我们重新配置的量子计算机架构的需求。结合捕获离子量子计算机中可用的全对全连接性,我们的研究结果表明,捕获离子是具有最小量子延迟的可扩展量子计算平台的主要候选者。
2019-05-22 cs.ET quant-ph
Stability thresholds and calculation techniques for fast entangling gates on trapped ions
已经提出了用于捕获离子的快速纠缠门,其比当前实现方式快几个数量级。我们在这里提出了一个详细的分析,在执行一个成功的快速门所涉及的挑战。我们表明,RWA是一个稳定的近似脉冲数:时间尺度上,我们可以忽略在原子频率旋转的条款是可以忽略不计的影响,在快速门的脉冲数。与此相反,我们表明,激光脉冲不稳定性引起的脉冲数依赖的效果,快速门失真与所施加的不完美的脉冲的数量。使用这里提出的降维方法,我们找到了实现两个量子位门保真度阈值所需的脉冲稳定性的界限。
2016-01-13 quant-ph
Micromotion-Enhanced Fast Entangling Gates For Trapped Ion Quantum Computing
捕获离子系统中的RF引起的微运动通常被最小化或规避,以避免绝热过程(例如多离子门操作)的非共振耦合。非绝热纠缠门(所谓的“快速门”)不需要特定运动边带的分辨率,因此不限于比捕获周期更长的时间尺度。我们发现,设计用于无微动环境的快速门在微动的存在下显着降低了保真度。我们表明,当快速门的设计考虑到RF引起的微动,他们可以,事实上,在没有微动的情况下,执行快门。由于激光引起的状态相关力引起能量偏移,该能量偏移被产生微运动的状态无关力放大。这种增强存在于所有捕获参数中,并且对实验误差的现实来源具有鲁棒性。这一结果为可扩展的2D架构上的快速双量子位纠缠门铺平了道路,其中微动必须存在于至少一个离子间轴上。
2020-02-24 quant-ph
Robust entanglement gates for trapped-ion qubits
高保真双量子比特纠缠门在许多量子信息处理任务中起着重要作用,是构建通用量子计算机的必要组成部分。这种高保真度的门已经在捕获离子量子比特上得到了证明,然而,门参数中的控制误差和噪声仍然可能导致保真度降低。在这里,我们提出并证明了一个一般的家庭的两个量子比特纠缠门是强大的不同来源的噪声和控制误差。这些门通过使用多音调驱动器来概括著名的莫尔默-索伦森门。我们在实验上实现了几个拟议的门$^{88}\text{Sr}^{+}$离子被困在一个线性保罗陷阱,并验证了他们的弹性。
2018-05-17 physics.atom-ph quant-ph
Laser-free trapped ion entangling gates with AESE: Adiabatic Elimination of Spin-motion Entanglement
本文提出一种无激光囚禁离子纠缠门方案,通过绝热消除自旋-运动纠缠(AESE)抑制多模式噪声,降低对运动退相干的敏感性,可在多普勒温度下实现高保真门操作。
2023-11-13 physics.atom-ph 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
Amplitude-noise-resilient entangling gates for trapped ions
本研究针对囚禁离子简谐近似下难实现振幅噪声鲁棒的问题,提出利用弱非简谐性实现符合实验要求的抗振幅噪声纠缠门,可通过微结构阱或库仑相互作用实现,适用于各类玻色总线量子比特耦合平台。
2025-06-18 quant-ph
Coherent Error Suppression in Multi-Qubit Entangling Gates
我们展示了一个简单的脉冲整形技术,旨在提高保真度的自旋相关的力操作通常用于实现纠缠门在捕获离子系统。莫默-索伦森门的这种扩展理论上可以将某些频率和定时误差的影响抑制到任何所需的量级,并通过对捕获的原子离子进行两量子比特纠缠门的沃尔什调制来证明。该技术适用于通过集体谐振子模式耦合的量子位的任何系统。
2012-04-26 quant-ph
Fast, robust and laser-free universal entangling gates for trapped-ion quantum computing
本文提出并验证了一种无需激光的囚禁离子双量子比特纠缠门,通过相位调制连续场实现双重修饰态,兼具高速度与抗噪性,显著提升相干时间且利于大规模扩展。
2025-06-27 quant-ph
Arbitrary parallel entangling gates with independent calibration on a trapped ion quantum computer
Joint Quantum Institute, University of Maryland(马里兰大学联合量子研究所);National Quantum Laboratory (QLab), University of Maryland(马里兰大学国家量子实验室);Department of Physics, University of Maryland(马里兰大学物理系);Duke Quantum Center and Department of Physics, Duke University(杜克大学量子中心及物理系)
本文提出了一种在囚禁离子量子计算机中实现任意平行纠缠门的方法,通过独立校准提高门脉冲合成效率,并展示了在三种算法中执行时间的减少,为未来量子计算架构提供新思路。
2026-04-28 cs.ET quant-ph
Transverse Polarization Gradient Entangling Gates for Trapped-Ion Quantum Computation
该研究提出利用极化梯度场实现高保真度的囚离子纠缠门,通过拉曼操作实现超过98.5%的保真度,为可扩展的量子计算提供了新方法。
2025-06-24 quant-ph
Experimental Bayesian calibration of trapped ion entangling operations
量子门操作的性能通过如何确定和设置正确的操作参数以及如何保持这些参数的稳定性来实验性地确定。此外,作用于不同量子位集合的门需要唯一的控制参数集合。因此,一个有效的多维参数估计过程是至关重要的,即使是中等大小的量子处理器校准。在这里,我们开发和表征一个有效的校准协议,自动估计和调整实验参数的广泛使用的摩尔-索伦森纠缠门操作中的捕获离子量子信息处理器。该协议利用贝叶斯参数估计方法,其中包括一个停止标准的基础上,所需的门失真。我们实验证明了一个中位数门失真的$1.3(1)\cdot10^{-3}$,只需要$1200\pm500$实验周期,同时完成整个门校准过程在不到一分钟。该方法适用于具有已知或充分表征的理论模型的其他量子信息处理器架构。
2021-12-03 quant-ph
Entangling the motion of two optically trapped objects via time-modulated driving fields
我们研究了两个被束缚的光阱微盘在单个腔中运动自由度的纠缠。通过适当地选择被困物体在光学腔中的位置并驱动腔的适当模式,可以使系统具有线性和二次光机械耦合。我们表明,通过时间调制的输入激光,可以产生两个系留微盘的基本振动模式之间的参数耦合。在适当选择调制频率的情况下,该机制可以通过双模压缩过程,在较长的时间限制内驱动微盘的运动进入不可分离状态。我们在数值上确认了我们的计划的性能,目前的技术和简要讨论了实验装置,可用于检测这种纠缠采用二次耦合。我们还评论的角度产生这种纠缠之间的振荡的光悬浮纳米球。
2014-08-14 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
Efficient optical configurations for trapped-ion entangling gates
Cornell University(康奈尔大学)
本文提出利用集成光学实现高效光子配置,减少激光功率需求,提升囚禁离子纠缠门的性能和可靠性。
2026-03-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
A Wavelength-Insensitive, Multispecies Entangling Gate for Group-2 Atomic Ions
我们提出了一个光学方案,用于产生纠缠共陷相同或不同的碱土原子离子($^{40}\text{Ca}^+$,$^{88}\text{Sr}^+$,$^{138}\text{Ba}^+$,$^{226}\text{Ra}^+$),其表现出基本的错误率低于$10^{-4}$,并可以实现从紫外到红外的宽范围的激光波长。我们还讨论了这种技术的直接扩展,包括两个最轻的2族离子($\text{Be}^+$,$\text{Mg}^+$)的多物种纠缠。这种波长不敏感的几何相位门的关键要素是使用基态($S_{1/2}$)和亚稳态($D_{5/2}$)电子态作为$σ^z σ^z$光移纠缠门内的量子比特能级。我们提出了一个详细的分析的原则和基本的错误来源,这个门计划,其中包括光子散射和自发辐射退相干,计算两个量子比特门错误率和持续时间在固定的激光束强度在很大一部分的光谱(300 nm至2 $μ\text{m}$)的离子对的分类。我们对比这种技术的优点和缺点对以前的陷阱离子纠缠门,并讨论其应用于量子信息处理和模拟与喜欢和多物种离子晶体。
2020-10-09 physics.atom-ph quant-ph
Crosstalk Insensitive Trapped-Ion Entanglement through Coupling Matrix Engineering
Joint Center for Quantum Information and Computer Science, University of Maryland(马里兰大学量子信息与计算联合中心);Department of Physics, University of Maryland(马里兰大学物理系);Department of Electrical and Computer Engineering, University of Washington(华盛顿大学电气与计算机工程系)
本文提出通过工程化耦合矩阵设计抗串扰的囚离子纠缠操作,通过控制离子链的运动模式几何相位,排除受串扰影响的邻近离子,无需额外门操作或光学装置修改。
2026-02-17 quant-ph
Large-scale multimode entangling-gate synthesis in trapped-ion systems
State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics, Department of Physics, Tsinghua University(清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室);Beijing Academy of Quantum Information Sciences(北京量子信息科学研究院);Frontier Science Center for Quantum Information(量子信息前沿科学中心);Center for Trapped Ion Quantum Science, Institute for Basic Science(基础科学研究院捕获离子量子科学中心)
针对离子阱系统中多模纠缠门合成的高维非凸优化问题,提出基于交替最小化的数值框架,实现全局激光控制下高达1000离子的全连接和最近邻相互作用门,并扩展至N=512的结构化qLDPC目标。
2026-06-26 quant-ph
Scalable entangling gates on ion qubits via structured light addressing
本研究提出一种利用可操控厄米-高斯光束阵列的囚禁离子处理器,通过横向梯度耦合稀疏轴向模式,实现无需复杂脉冲整形的可寻址两量子比特纠缠门,在六离子链中保真度约0.97,降低了控制开销并保持可扩展性。
2025-06-24 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Deterministic atom-shuttle interconnects via ultrafast atom-ion entangling gate
Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);Institut d’Optique Graduate School(高等光学学院);CNRS(法国国家科学研究中心);Laboratoire Charles Fabry(夏尔·法布里实验室)
研究中性原子阵列和捕获离子晶体缺乏快速确定性相互作用问题,提出利用电荷诱导偶极矩力等产生受控$Z$门的方法,实现约5kHz原子穿梭,加速链路并实现混合存储器,混合架构在固定条件下比单一架构支持更多操作。
2026-07-20 physics.atom-ph quant-ph
Robust Nonperturbative Trapped-Ion Quantum Logic
Imperial College London(帝国理工学院)
研究囚禁离子量子逻辑中因弱耦合和谐波动力学对门时间有限制的问题,通过设计最优驱动方案,利用非谐动力学实现快速高保真纠缠门,并增强对系统缺陷的抗性。
2026-07-16 quant-ph
Motional Entanglement with Trapped Ions and a Nanomechanical Resonator
我们研究了纳机电系统(NEMS)同时与两个单独囚禁的离子相互作用的纠缠功率。为了突出这种纠缠能力,我们考虑了一个特殊的制度,其中离子-离子耦合不会在系统中产生纠缠,并且任何由此产生的纠缠都将是NEMS作为纠缠设备的结果。我们研究了NEMS诱导的离子-离子二体纠缠以及离子+NEMS三体纠缠的动力学行为。我们在这个混合系统中发现了一些非常显著的现象。例如,一旦离子-NEMS耦合达到某个值,最初不相关并以相干态制备的两个捕获离子就可以通过与纳米机电谐振器(也以相干态制备)相互作用而变得纠缠,并且这可以通过NEMS设备上的外部电压门来控制。
2013-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multi-GHz repetition rate, multi-watt average power, ultraviolet laser pulses for fast trapped-ion entanglement operations
在捕获离子中执行双量子位门操作的传统方法依赖于用激光在运动边带上激发离子,这是一个固有的缓慢过程。实现快速纠缠门协议的一种方式需要合适的脉冲激光器以将门速度增加几个数量级。然而,这种快速纠缠门操作的实现提出了很大的技术挑战,因为所需的激光源不是现成的。为此,我们设计了一种基于频率梳的超快纠缠门源。该源在393.3 nm处以5 GHz重复率产生数百个脉冲能量为$\sim$ 800 pJ的锁模脉冲,并符合实现快速双量子位门操作的所有要求。使用一个单一的,啁啾的紫外脉冲,我们证明了一个快速的绝热通道中的钙$^+$离子。为了验证用于诱导纠缠门的激光系统的适用性和预期性能,我们基于我们的源参数运行模拟。选通时间可以比陷阱周期快,误差接近$10^{-4}$。
2020-12-04 quant-ph
Entangling ions with engineered light gradients
Universität Innsbruck(因斯布鲁克大学);Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学);Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC)(理论物理研究所(UAM-CSIC));Universität Siegen(锡根大学);Alpine Quantum Technologies(阿尔卑斯量子技术公司)
通过几何相位纠缠相互作用,利用横向时间依赖结构光力减少光谱拥挤影响,实现高保真两量子比特门,验证了梯度场光移门在光谱拥挤离子陷阱中的可扩展性。
2026-03-22 quant-ph
Geometric entangling gates for coupled cavity system in decoherence-free subspaces
提出了一种在无退相干子空间的耦合腔系统中实现两个逻辑量子比特的几何纠缠门的方案。每个逻辑量子比特由两个囚禁在单个腔中的原子编码,通过腔耦合和控制外部经典激光场来实现几何纠缠门。该方案基于耦合腔系统,允许量子计算的可扩展性,并放宽了对原子单独寻址的要求。
2011-12-14 quant-ph
Multi-Species Trapped Ion Node for Quantum Networking
被囚禁的原子离子是量子信息网络的领先平台,具有长寿命的相同量子比特存储器,可以通过它们的库仑相互作用进行本地纠缠,并通过光子通道进行远程纠缠。然而,在量子网络的单个节点中执行本地和远程操作两者需要旁观者量子位存储器和与光子接口相关联的量子位之间的极端隔离。我们实现了这种隔离,并通过共同捕获$^{171}$ Yb $^+\ $和$^{138}$ Ba $^+\ $量子位,通过它们的集体运动纠缠混合物种量子位对,并将$^{138}$ Ba $^+\ $量子位与发射的可见光子纠缠来展示可扩展离子阱网络节点的成分。
2017-02-03 quant-ph
High fidelity quantum gates of trapped ions mediated by a dissipative bus mode
我们描述了在耗散总线模式下囚禁离子的纠缠量子门的最佳实现。通过适当成形的控制脉冲,可以在保持介导的相互作用的同时显著降低离子-声子纠缠。
2016-10-26 quant-ph
Three-qubit entangling gates with simultaneous exchange controls in spin qubit systems
本研究提出通过同时驱动多个自旋量子比特对的交换耦合,实现三量子比特纠缠门,以减少操作数量并提高量子电路效率。
2025-12-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Performance Analysis for Crosstalk Errors between Parallel Entangling Gates in Trapped Ion Quantum Error Correction
针对囚禁离子量子计算机中并行纠缠门的固有串扰误差问题,研究其对旋转表面码的影响,发现需距离5码纠正两比特串扰误差,优化并行度后可在现实参数下达盈亏平衡点,并分析了串扰空间依赖性与逻辑误差率的缩放规律。
2025-01-17 quant-ph
The Character of Motional Modes for Entanglement and Sympathetic Cooling of Mixed-Species Trapped Ion Chains
模块化混合粒子离子阱网络是一种很有前途的可扩展量子信息处理框架,其中一个粒子作为存储量子比特,另一个粒子作为通信量子比特。这种架构需要高保真的混合物种纠缠门,通过它们的集体运动将信息从通信量子比特传输到存储量子比特。本文研究了混合离子链在纠缠和共振冷却中的运动模式。我们发现,对于两种物质的质量差异很大的情况,基于横向模式的高保真纠缠门所需的激光功率至少比基于轴向模式的高一个数量级。我们还发现,即使是中等的质量差,横向模式是更难冷却比轴向模式,无论离子链配置。因此,通常用于单物种离子链中操作的横模可能不太适合于具有广泛不同质量的混合物种链。
2020-04-17 quant-ph
Entangling power of holonomic gates in atom-cavity systems
我们的目标是利用非绝热量子完整理论,在由$N$全同原子组成的系统中,为构造$Λ$型原子间的几何诱导纠缠提供一种新的途径.利用量子Zeno效应,我们引入了一个三脚架型相互作用哈密顿量,它允许任意的几何纠缠功率。这将是解决实现通用非绝热完整纠缠双量子比特门的可行性的实质性一步。
2018-03-01 quant-ph
Multi-ion entangling gates mediated by spectrally unresolved modes
Physics Department, Blackett Laboratory, Imperial College London(帝国理工学院布莱特特定律物理系)
通过时间依赖磁场梯度实现非扰动多离子纠缠门,适用于线性离子串中任意配对的多量子比特和两量子比特门操作。
2026-02-11 quant-ph
Scaling of entangling-gate errors in large ion crystals
针对大规模囚禁离子中纠缠门保真度下降的问题,本文理论分析了大离子晶体中运动相关误差导致的纠缠门非保真度,提出了更紧的误差界限和高效数值模拟方法,为可扩展量子计算提供了重要见解。
2023-05-10 quant-ph
Tutorial: The trapped-ion qubit toolbox
在本教程中,我们将回顾使用冷捕获原子离子的量子信息处理的基本构建块。我们主要关注单量子比特旋转和双量子比特纠缠门的实现方法,它们形成了一组通用的量子门。描述了不同的离子量子位选择及其相应的门实现。
2011-06-06 quant-ph
Parallel Entangling Operations on a Universal Ion Trap Quantum Computer
量子计算机的电路模型由量子比特(qubit)之间的门操作序列组成,这些序列来自通用的离散操作家族。执行并行纠缠量子门的能力在许多量子线路以及整个算法(例如Shor的因子分解算法和量子模拟)中提供了明显的效率增益。在诸如全加器和多控制Toffoli门的情况下,并行性可以在总体执行时间上提供指数级的改进。更重要的是,量子门并行性对于遭受空闲错误的量子比特的实际容错纠错是必不可少的。并行量子门的实现由于潜在的串扰而变得复杂,特别是在由共模总线完全连接的量子位之间,例如在库仑耦合的被俘获原子离子或腔耦合的超导传输中。在这里,我们提出了第一个实验结果的平行2量子比特纠缠门在一个阵列的完全连接的捕获离子量子比特。我们通过使用深度为4的量子线路在量子计算机上执行1位全加法运算来演示这种能力的应用。这些结果通过经典控制技术利用了高度连接的量子比特系统的能力,并为加速量子线路和实现捕获离子量子计算机的容错性提供了进展。
2018-10-29 cs.ET quant-ph
Cavity polariton blockade for non-local entangling gates with trapped atoms
该研究提出利用腔极化激元阻塞机制,通过公共腔模耦合原子量子比特,实现多量子比特W态及非局域CZ和C2Z门,仅需外部驱动和全局脉冲,无需单比特寻址,并解析了随协同性C缩放的误差。
2025-02-20 quant-ph
Optimizing entangling quantum gates for physical systems
最优控制理论是一种通用的工具,它为量子信息任务提供了一条显著提高品质因数的途径。我们在这里将其与两个量子比特操作的局部等价类的几何理论相结合,以推导出一种优化算法,该算法可以确定给定物理设置的最佳纠缠两个量子比特门。我们证明了这种方法的权力被困的极性分子和中性原子。
2011-09-15 quant-ph
Power-optimized amplitude modulation for robust trapped-ion entangling gates: a study of gate-timing errors
本文提出一种基于傅里叶级数的通用幅度调制方法,通过对傅里叶系数施加线性约束来优化囚禁离子纠缠门的激光功率并抑制门定时误差,使误差依赖性最高改善至 O(Δt^10) 且不显著增加功率。
2024-12-23 quant-ph
A Study on Fast Gates for Large-Scale Quantum Simulation with Trapped Ions
大规模数字量子模拟需要数千个基本纠缠门来构建模拟动力学。尽管在各种小规模模拟中取得了成功,但量子信息处理平台迄今未能展示出系统地优于经典模拟器所需的精确控制和可扩展性的组合。我们分析了如何快速的门可以使捕获离子量子处理器实现必要的可扩展性,以超越经典计算机而无需纠错。我们分析了一个大规模的数字模拟器的性能,并发现,保真度约为70%是可实现的π脉冲不稳定性低于$10^{-5}$在陷阱受到现实率的加热和退相。这种可扩展性依赖于快速门:纠缠门比陷阱周期更快。
2017-04-30 quant-ph
Quantum computing architecture with Rydberg gates in trapped ions
提出利用Rydberg态高电极化率实现线性晶体中任意离子对的全连接纠缠门方案,通过态相关频移和电波形实现微秒级操作,并可与可扩展处理器架构结合重新配置量子比特寄存器。
2024-11-29 quant-ph
Entangling Atomic Spins with a Strong Rydberg-Dressed Interaction
控制多体系统各部分之间的量子纠缠是释放量子信息处理能力的关键,用于量子计算、高精度传感和多体物理模拟等应用。超冷中性原子在其基态电子状态下的自旋自由度提供了一个自然的平台,因为它们的相干时间很长,我们有能力用磁光场控制它们,但是在自旋之间产生强相干耦合一直是一个挑战。我们证明了一个里德伯打扮的基态封锁,提供了一个强大的可调相互作用能量($\sim$ 1 MHz的普朗克常数的单位)之间的自旋单独捕获的铯原子。利用这种相互作用,我们直接在两个原子之间产生了贝尔态纠缠,保真度为$\geq$ 81(2)%,不包括原子损失事件,$\geq$ 60(3)%时,包括损失。
2016-01-05 physics.atom-ph quant-ph