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
Deterministic Universal Logical Gates for Finite-Energy GKP Qubits in Trapped Neutral Atoms
Indian Institute of Technology Roorkee(印度理工学院罗基尔分校)
该研究提出了囚禁中性原子中有限能量GKP量子比特的通用逻辑门集,采用魔阱条件实现无测量的逻辑控制,基于⁸⁸Sr原子的实验显示门保真度达0.985以上,为相关量子控制提供了可行途径。
2026-09-01 quant-ph
One-step implementation of Toffoli gate for neutral atoms based on unconventional Rydberg pumping
与通用量子计算的思想相比,直接合成多量子位逻辑门可以大大提高量子信息处理任务的效率。在这里,我们提出了一个有效的方案来实现一个三量子比特的受控非(Toffoli)门的中性原子的非常规里德堡泵浦的基础上。通过调节驱动场拉比频率的强度,可以在一步内实现Toffoli门,并且对Rydberg-Rydberg相互作用的涨落不敏感。考虑到不同的原子排列,我们可以在相同的操作时间$\sim 7~μs$获得高保真度的Toffoli门。此外,我们的方案可以进一步扩展到四量子比特的情况下,不改变操作时间。
2020-10-30 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
Quantum gates with neutral atoms: Controlling collisional interactions in time dependent traps
我们从理论上研究了通过控制原子碰撞开关微观势来实现基本双量子位量子门的具体方案。特别是,我们计算的保真度的门操作的配置,其中两个原子之间的势垒被瞬间删除,并在一定的时间后恢复。可能的实施方式可以基于由磁场和电场产生的微陷阱,或者由激光诱导的电势。
1999-05-20 quant-ph
Deutsch, Toffoli, and CNOT Gates via Rydberg Blockade of Neutral Atoms
通用量子门和量子纠错技术是量子信息科学的核心。大规模量子计算依赖于一组通用的量子门,其中有些门可以很容易地实现,而另一些门则很难在特定的物理系统中实现。有一种独特的三量子比特量子门,称为Deutsch门~[ $\mathbb{D}(θ)$ ],仅凭它就可以构建电路,从而实现任何可行的量子计算。然而,据我们所知,$\mathbb{D}(θ)$尚未得到证实。在这里,我们设计了一个易于实现的$\mathbb{D}(θ)$通过使用里德堡封锁的中性原子,其中$θ$可以被调谐到任何值在$[0,π]$通过调整外部控制场的强度。使用类似的协议,我们进一步表明,Toffoli和CNOT门可以实现只有三个激光脉冲。Toffoli门不仅在经典可逆计算中具有普遍性,而且在量子通信和容错量子计算中也具有重要作用。实现这些门的可能性和可行性为中性原子量子信息的研究提供了新的思路。
2018-05-22 quant-ph
Photon-Mediated Quantum Gate between Two Trapped Neutral Atoms in an Optical Cavity
量子逻辑门是量子计算机的基本构建块。它们集成到量子网络中需要强的量子比特耦合到网络通道,这可以在腔量子电动力学中用中性原子和光子实现。在这里,我们证明了由飞行光子介导的长程相互作用在光子被反射的光学腔内的两个静止原子之间执行门。这一步在$2\,\mathrm{μs}$中执行门控。我们通过产生保真度为76(2)%的Bell态,展示了两个原子之间的纠缠操作。门也作为CNOT操作。我们证明了74.1(1.6)%的重叠观察到的和理想的门输出,由80.2(0.8)%的状态准备保真度的限制。由于原子被有效地连接到光子通道,我们的门为多量子位节点的量子网络和基于中继器的长距离量子网络中的纠缠分布铺平了道路。
2018-01-18 quant-ph
Transversal Logical Clifford gates on rotated surface codes with reconfigurable neutral atom arrays
提出利用可重构中性原子阵列在旋转表面码上横向实现逻辑 H、S 门的方案,并结合 CNOT 完善 Clifford 门集,S 门性能在电路噪声下与量子存储器相当。
2024-12-02 quant-ph
Neutral-atom quantum computation using multi-qubit geometric gates via adiabatic passage
本文提出基于双STIRAP的中性原子多量子比特绝热几何相位门方案,无需对目标原子施加额外激光即可扩展,门时间约0.6 μs时保真度达98%-99%,并通过Grover搜索模拟验证了其容错量子计算的可行性与可扩展性。
2025-11-06 quant-ph
Parametrized multiqubit gate design for neutral-atom based quantum platforms
本文通过神经网络数值优化激光脉冲控制函数,在中性原子平台上设计出无需单比特寻址、持续时间显著短于里德伯态损失时间尺度的 $\mathrm{C_1P}$ 和 $\mathrm{C_2P}$ 参数化相位门,有望直接改善近期量子算法的实现质量。
2025-05-06 quant-ph
Universal gates based on targeted phase shifts in a 3D neutral atom array
虽然量子比特和量子门的质量一直在稳步提高,但量子比特的可用数量增长相当缓慢。为了解决量子计算中的这一重要问题,我们已经展示了基于目标相移的任意单量子比特门,这种方法可以应用于原子、离子或其他类原子系统。这些门对解决光束缺陷高度不敏感,并且几乎没有串扰,允许量子比特数量的急剧增加。我们对由光晶格创建的40%完整的$5\times 5\times 5$ 3D阵列中的48个单独目标位点进行了串联选通。使用随机基准测试,我们证明了平均栅极保真度为0.9962(16),平均串扰保真度为0.9979(2)。
2016-01-14 quant-ph
High fidelity entanglement of neutral atoms via a Rydberg-mediated single-modulated-pulse controlled-PHASE gate
中性原子平台已成为研究量子信息和量子模拟的理想平台,人们在此平台上对原子间的纠缠过程进行了大量的研究。对于这一领域的发展,通过里德伯封锁的双量子比特控制相位门是最基本的元素之一。最近的理论研究表明,在门协议中引入非平凡波形调制的优点,预计将在下一阶段提高其性能。本文报道了利用Rb原子双光子跃迁的非共振调制驱动(ORMD)实现双量子比特受控相位($C_Z$)门的实验结果。它依赖于具有仔细计算的平滑波形的单个调制驱动脉冲,以获得双量子位门所需的适当相位累积。将该$C_Z$门与全局微波脉冲相结合,产生了原始保真度为0.945(6)的两原子纠缠。考虑到态制备和测量(SPAM)误差,我们提取出纠缠操作保真度为0.980(7)。我们的工作特点是在单个脉冲内完成$C_Z$门操作,避免了里德堡布居的搁置,从而为在中性原子平台上实现高保真双量子比特门提供了另一条有希望的途径。
2021-09-06 quant-ph
Randomized benchmarking of single qubit gates in a 2D array of neutral atom qubits
我们在中性原子量子比特的二维阵列中用随机基准测试来表征单量子比特Clifford门操作,并以高保真度展示了全局和选址门。测量了应用于49量子位阵列的全局微波驱动门的平均保真度为$F^2=0.9983(14)$。单站点门用聚焦的激光束实现,以使微波在选定的站点处斯塔克移动到谐振。在Stark选择的单个位点,我们观察到$F^2=0.9923(7)$和在$0.002(9)$的其他位点的平均自旋翻转串扰误差。
2015-02-18 physics.atom-ph quant-ph
Holonomic swap and controlled-swap gates of neutral atoms via selective Rydberg pumping
提出基于选择性里德伯泵浦和含时软控制的中性原子完整交换门快速实现方案,并扩展至三量子比特受控交换门,以抑制失谐与退相干。
2024-05-10 quant-ph
Rydberg state mediated quantum gates and entanglement of pairs of neutral atoms
在过去的一年里,实验证明了里德堡态介导的量子门和被囚禁的中性原子对之间的确定性纠缠。这些实验验证了Rydberg介导的量子逻辑的十年前的提议,但只是正在进行的努力的开始,以提高所获得的结果的保真度,并将实验扩展到更大数量的量子位。我们在这里提出了一个总结的结果,以日期,随着更高的保真度里德堡门的前景的关键评估。
2010-10-29 physics.atom-ph quant-ph
Two-Qubit Gate Operation on Selected Nearest-Neighbor Neutral Atom Qubits
我们之前已经讨论了具有按需相互作用的中性原子量子计算机的设计[E。Hosseini Lapasar等人,日本物理学会80,114003(2011)]。在这篇文章中,我们提出了一种实验方法来证明一种选择性的双量子位门操作,这种操作比我们最初的提议要求更低,尽管门操作仅限于在两个相邻原子之间起作用。我们数值评估的两个量子比特门操作的过程中,被施加到一个选定的对最近的邻居,被困的原子,我们估计的门操作时间和相应的门保真度的上限。所提出的方案是可扩展的,虽然具有挑战性,是可行的,目前的实验能力。
2014-04-03 cond-mat.quant-gas quant-ph
Theoretical analysis of the implementation of a quantum phase gate with neutral atoms on atom chips
我们提出了一个详细的,现实的分析的建议的实施的量子相位门的基础上原子的振动状态,专门用于中性铷原子的原子芯片。我们展示了如何创建一个双势阱与原子芯片上的静态电流,使用与目前的技术实现的所有相关参数值。两个阱之间的势垒可以通过改变电流来修改,以便实现以原子外部自由度编码的量子比特状态的量子相位门。通过数值模拟分析了该门的性能,运算时间约为10 ms,性能保真度在99.9%以上。为了存储操作之间的状态,量子比特状态可以通过拉曼跃迁有效地转移到两个超精细状态,其中其退相干被强烈抑制。此外,我们讨论的限制所施加的接近表面的栅极保真度。
2006-03-15 quant-ph
Toffoli and C$^\text{n}$NOT (n$>2$) gates in a neutral-atom platform using Rydberg coupling and dark state resonances
本文提出在中性原子光镊平台利用里德堡强相互作用和暗态共振实现高保真Toffoli门,并借助里德堡反阻塞机制扩展实现多控制比特C$^\ ext{n}$NOT门,为量子计算中的多量子比特受控操作提供新途径。
2025-07-03 quant-ph
Fast universal two-qubit gate for neutral fermionic atoms in optical tweezers
光学微阱中的超冷中性原子阵列是一种很有前途的量子计算平台。该平台的主要瓶颈之一是相邻原子之间的弱耦合强度,这限制了双量子比特门的速度。在这里,我们提出了一种方法来执行快速通用平方根交换门与费米子原子。门的基本思想是将原子释放到位于两个原子之间的谐波势中。通过适当地剪裁相互作用参数,原子之间的碰撞过程产生纠缠,并产生所需的门。我们分析地证明了在宽原子波包的极限下,门的保真度接近于1。我们用数值方法证明,在典型的实验参数下,我们的门可以在微秒级的时间尺度上工作,并达到高于0.998的保真度。此外,门持续时间是独立的原子之间的初始距离。具有这些特征的门是中性原子量子计算中全对全连接和容错的重要里程碑。
2020-08-22 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Scalable Neutral Atom Quantum Computer with Interaction on Demand: Proposal for Selective Application of Two-Qubit Gate
我们提出了一个可扩展的中性原子量子计算机,通过选择性的双量子比特门操作按需相互作用。原子被近场菲涅耳衍射光的晶格捕获,使得每个陷阱捕获单个原子。单量子比特门操作是通过施加到单个原子上的门控激光束来实现的。任意一对原子之间的双量子比特门操作是通过将这些原子发送到状态相关的光晶格并使它们碰撞来实现的,使得特定的双量子比特状态获得动力学相位。我们给出了相应的数值评估这些过程中,我们估计的上界的两个量子位门的操作时间和相应的门保真度。我们的建议是可行的冷原子气体,MEMS,纳米光刻,和光学的各个领域的现有技术。
2011-09-14 cond-mat.quant-gas 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
Parallel implementation of high-fidelity multi-qubit gates with neutral atoms
我们报告了在长寿命超精细基态中编码的中性原子量子比特上实现通用的两量子比特和三量子比特纠缠门。门介导的激发强相互作用的里德伯态,并在一个一维阵列的光镊上的几个原子簇并行实施。具体来说,我们实现了受控相位门,制定了一个新的,快速的协议,只涉及全球耦合的两个量子位的里德堡态。我们通过准备具有保真度$\mathcal{F} \ge 95.0(2)\%$的Bell态来基准此操作,并提取跨五个原子对平均的门保真度$\ge 97.4(3)\%,$。此外,我们报告了三量子比特Toffoli门的原理验证实现,其中两个控制原子同时约束一个目标原子的行为。这些实验展示了在可扩展的中性原子平台中进行高保真量子信息处理的关键成分。
2019-08-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Multi-controlled Phase Gate Synthesis with ZX-calculus applied to Neutral Atom Hardware
本文提出一种基于ZX演算的多控制相位门综合方法,利用ZX图的图结构识别电路中隐含的多控制相位门,并在中性原子硬件上验证了其相对于Qiskit综合的执行时间优势。
2024-08-12 cs.ET quant-ph
Gate fidelity, dephasing, and "magic" trapping of optically trapped neutral atom
门操作的保真度和被囚禁在光偶极阱中的中性原子的相干时间是应用的优点。囚禁原子的运动是影响门保真度和相干时间的关键因素之一。在分析这种影响时,将该运动视为经典振子。这里我们把原子的运动看作量子振荡器。在分析量子门的保真度和退相干时,考虑了原子振动态的布居数。我们表明,相干旋转门的保真度是显着的热囚禁原子的温度限制。我们还证明了如果微分频移稳定且振动态不发生变化,则由于原子热运动引起的两个超精细态之间的退相可以自然地再相位化。还讨论了陷阱激光强度起伏引起的退相干。通过将原子冷却到振动基态和/或使用蓝失谐陷阱,可以显著提高门保真度和相干时间。更重要的是,我们提出了一个“魔术”的捕获条件,准备原子进入特定的振动状态。
2022-08-01 quant-ph
Expanding the Neutral Atom Gate Set: Native iSWAP and Exchange Gates from Dipolar Rydberg Interactions
Institute for Theoretical Physics, University of Innsbruck(因斯布鲁克大学理论物理研究所);Parity Quantum Computing GmbH(Parity量子计算有限公司);Parity Quantum Computing Germany GmbH(Parity量子计算德国有限公司);Parity Quantum Computing France SAS(Parity量子计算法国股份有限公司)
本文利用偶极-偶极相互作用和最优控制技术,在中性原子量子处理单元中实现了原生 iSWAP 和参数化交换门,并在碱金属和碱土金属体系中展示了在现实条件下达到 99.9% 保真度的快速门操作。
2026-09-09 quant-ph
Möbius-Guided Diagonal-Gate Compilation with Native Multiqubit Controlled-Phase Gates on Neutral-Atom Processors
Beijing Academy of Quantum Information Sciences(北京量子信息科学研究院);Department of Computer Science and Engineering, The Chinese University of Hong Kong(香港中文大学计算机科学与工程系);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);Frontier Science Center for Quantum Information(量子信息前沿科学中心)
研究针对中性原子处理器,提出莫比乌斯引导编译器,通过子集格莫比乌斯反演将对角相位函数映射到相位超图,结合中性原子调度器,经基准测试,为利用该硬件原生能力提供可行编译策略。
2026-07-31 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
Fast Quantum Gates for Neutral Atoms Separated by a Few Tens of Micrometers
University of Strasbourg and CNRS, CESQ and ISIS (UMR 7006)(斯特拉斯堡大学与法国国家科学研究中心,CESQ与ISIS联合研究实验室);Department of Chemistry, Norwegian University of Science and Technology(挪威科技大学化学系)
本文提出了一种理论方案,实现快速且高保真度的两量子比特iSWAP门,通过共振的偶极-偶极自旋交换相互作用,在中性原子分隔超过20微米的情况下实现。
2026-04-14 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
Tunneling phase gate for neutral atoms in a double-well lattice
我们提出了一种新的双量子位相位门,用于实验实现的倾斜双阱光晶格中的超冷原子[Sebby-Strabley et al.,A { \bf 73} 033605(2006)]。这种晶格能够将原子对限制在双阱势的二维阵列中,其中可以对势垒高度和两个阱的最小值的能量差(称为"倾斜“)进行控制。四个最低的单粒子运动态由两对运动态组成,其中每对运动态都定位在中央势垒的一侧,允许限制在这样的晶格中的两个原子成为空间分离的量子位。我们提出了一个依赖于时间的方案来操纵倾斜诱导隧穿振荡产生碰撞相位门。数值模拟表明,这种门可以实现高保真度。
2007-12-12 quant-ph
Finite-blockade dynamics of a three-qubit ccz gate in neutral-atom arrays
Indian Institute of Technology Roorkee(印度理工学院鲁尔基分校)
本文理论研究了对称三中性原子系统中有限阻塞对三量子比特CCZ门的影响,通过对称性适配哈密顿量分析门动力学,识别出高保真、快速且低泄漏的最优工作区域,并量化了主要误差机制,为多量子比特量子计算提供了实用指南。
2026-09-11 quant-ph
Neutral atom entangling gate in the ultrastrong coupling regime
本文提出在超强耦合区利用共享玻色模式确定性纠缠量子比特或其系综的门方案,可制备最大纠缠态、压缩态和薛定谔猫态,并分析了自由演化导致的有效混合及实验可行性。
2025-01-10 quant-ph
Pulse-level Scheduling of Quantum Circuits for Neutral-Atom Devices
我们展示了如何在中性原子器件架构中实现多量子位门的脉冲级实现,允许同时执行单量子位门和多量子位门作用于重叠的量子位集,这种机制我们称为吸收。以吸收为基础,我们提出了一种算法,以调度执行的量子线路作为一个脉冲序列的中性原子设备上的单通道单和多量子比特门执行。对于任何量子线路的实际相关性,我们观察到,该算法的结果在一个最佳利用的可用资源,不能超越一个不同的调度策略。我们对自定义调度器的基准测试试图在门级最大化并行化,结果表明脉冲级调度器获得的时间与深度成正比,并且对于具有较少量子位的量子线路最为明显。
2022-06-10 quant-ph
Improved phase gate reliability in systems with neutral Ising anyons
最近的建议使用超导和拓扑绝缘或半导体层的异质结构已经提出了拓扑量子计算的可能平台。这些系统被预测包含伊辛任意子和共享的功能,只有中性边激发。在本文中,我们表明,这些建议可以结合最近提出的“袋几何”的相位门的实施,以进行强大的通用量子计算。此外,我们提出了一种通用的方法来调整边缘隧穿率在这样的系统中,这是必要的干涉仪设备的控制。中性伊辛系统中相位门的误差率在参数上小于边缘模式携带电荷的类似几何形状:在低温下,它是$T^3$而不是$T$。在零温度下,相位变化在很长时间内变得恒定,而不是携带对数发散。
2010-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Doppler-insensitive two-qubit controlled-PHASE gate protocol with dual-pulse off-resonant modulated driving for neutral atoms
对于中性原子量子比特,冷原子的残余热运动构成了限制可访问的两量子比特门保真度的主要挑战。近年来,一种基于非共振调制驱动和里德伯阻塞效应的双量子比特控制相位量子门方案被引入中性原子量子比特平台。在此基础上,我们进一步开发了双脉冲非谐振调制驱动形式的升级。除了固有的优点,避免搁置人口在里德伯水平,不一定需要单独的网站寻址,不敏感的封锁移位的确切值,同时抑制人口泄漏误差和旋转误差,该协议的主要新功能是多普勒不敏感。原则上,门保真度在量子位原子的相对显著的速度范围内保持相当高。此外,我们预计,该协议将激发未来的改进量子门协议的其他类型的量子位平台,其策略可能会发现在量子最优控制领域的应用。
2019-12-10 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Attributed-graphs kernel implementation using local detuning of neutral-atoms Rydberg Hamiltonian
Pasqal(帕斯卡尔)
本文提出基于中性原子Rydberg哈密顿量局部调谐的属性图核方法,通过嵌入边特征和节点特征提升核表达能力,并结合池化操作增强性能,实验证明量子特征核在分子数据集上优于经典算法。
2026-03-19 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
Quantum computing implementations with neutral particles
我们回顾了冷中性粒子,即原子或极性分子的量子信息处理。首先,我们分析了这些粒子存储量子信息的最佳自由度,然后我们讨论了单量子位和双量子位门的实现。我们的讨论主要集中在碰撞量子门,这是最适合的原子芯片类设备,以及门的建议设想为光晶格。此外,我们分析方案都限制在光学腔和混合方法纠缠产生的冷原子,我们展示了如何最优控制理论可能是一个强大的工具,以提高速度的门操作,以及实现容错量子计算所需的高性能。
2011-10-31 quant-ph
Entangling gate performance and fidelity limits with neutral atom Förster resonances
University of Wisconsin-Madison(威斯康星大学麦迪逊分校);Infleqtion(英弗莱克申)
针对Förster共振附近的纠缠门,提出双本征态模型,揭示保真度上限为F≤1-(π/2)/(Vτ_R),并设计在大拉比频率下饱和该界限的门协议,将保真度提升约40%。
2026-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Compositional optimization of quantum circuits for quantum kernels of support vector machines
University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学);Stewart Blusson Quantum Matter Institute(斯图尔特·布鲁森量子物质研究所)
虽然量子机器学习(ML)已被认为是量子计算最有前途的应用之一,但如何构建优于经典ML的量子ML模型仍然是一个主要的开放问题。在这里,我们展示了一个贝叶斯算法构建量子内核的支持向量机,适应量子门序列的数据。该算法通过附加以贝叶斯信息准则选择的量子门作为电路选择度量,并对识别出的局部最优量子线路的参数进行贝叶斯优化,从而逐步增加了量子线路的复杂度。我们的目标是为SVM构建量子内核,可以用尽可能少的训练数据解决分类问题。这里考虑的分类问题的量子模型的性能显着超过传统内核的优化经典模型。
2023-03-08 cs.LG quant-ph
Simulation of a feedback-based algorithm for quantum optimization for a realistic neutral atom system with an optimized small-angle controlled-phase gate
本文针对现实中性原子系统,提出优化小角度受控相位门方案以仿真基于反馈的量子优化算法FALQON,在Max-Cut问题上性能优于CZ门实现,为近期含噪声量子算法的实验实现铺路。
2024-06-10 quant-ph
Multi-Target Rydberg Gates via Spatial Blockade Engineering
提出基于空间阻塞工程的单物种中性原子平台多目标里德伯CZ门方案,利用定制原子间距与GPU加速脉冲合成,实现高保真度CZZ与CZZZ门,显著降低量子纠错校验子提取的资源开销。
2025-04-28 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
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
Benchmarking Single-Qubit Gates on a Neutral Atom Quantum Processor
Quantum Technology Centre and Faculty of Physics, M.V. Lomonosov Moscow State University(莫斯科国立大学量子技术中心与物理学院);Russian Quantum Center(俄罗斯量子中心);NRC “Kurchatov Institute”(库尔恰托夫国家研究中心)
本文通过直接随机基准测试和门集全息技术对中性原子量子处理器上的单量子比特门进行基准测试,验证了门保真度并提出了一种改进的门集全息优化方法。
2026-03-19 physics.atom-ph quant-ph
Fast measurement of neutral atoms with a multi-atom gate
Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem(耶路撒冷希伯来大学雷恰物理研究所);School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University(特拉维夫大学物理与天文学学院);Department of Physics of Complex Systems, Weizmann Institute of Science(魏茨曼科学复杂物理系);Q-Factor;AWS Center for Quantum Computing(AWS量子计算中心)
本文提出利用快速多原子Rydberg门实现中性原子快速测量,通过减少测量积分时间并提高保真度,实现光子收集效率提升和灵敏度降低。
2026-04-14 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
Entangling quantum logic gates in neutral atoms via the microwave-driven spin-flip blockade
针对中性原子量子比特,本文提出利用Rydberg缀饰辅助态和微波驱动自旋翻转阻塞实现高保真两量子比特纠缠门,并证明中等阻塞区域可提升速度、降低衰减且增强抗噪性。
2024-01-17 quant-ph
Structure-Aware Compilation for Scalable Neutral-Atom Quantum Computing
Fudan University(复旦大学);Shanghai Key Laboratory for Contemporary Applied Mathematics(上海当代应用数学重点实验室)
提出利用代数结构优化单量子比特门层数,并基于图论模型减少C-Z门原子传输操作,实现编译效率提升。
2026-07-03 quant-ph
High-fidelity entangling gates and nonlocal circuits with neutral atoms
Harvard University(哈佛大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);QuEra Computing Inc.(QuEra计算公司)
该研究通过中性原子量子处理器实现了高保真的CZ纠缠门,利用状态选择性读取和量子比特重用技术,提高了保真度并展示了低误差量子电路在非本地纠缠态研究中的应用。
2026-04-28 physics.atom-ph quant-ph
Neutral atom entanglement using adiabatic Rydberg dressing
本文研究了利用绝热 Rydberg dressing 和双光子跃迁实现中性原子 Mølmer-Sørensen 纠缠门,证明其在非完美 Rydberg blockade 区间内可实现快速高保真门。
2022-12-20 quant-ph
Quantum kernel learning Model constructed with small data
Graduate school of Media and Governance, Keio Univ.(庆应义塾大学媒体治理研究生院);Graduate school of Science and Technology, Keio Univ.(庆应义塾大学理工学研究生院);Keio Univ. Sustainable Quantum Artificial Intelligence Center (KSQAIC)(庆应义塾大学可持续量子人工智能中心);Digital Innovation Division, Toppan Holdings(凸版控股数字创新部)
本研究通过量子核学习模型在小数据上提升图像检测的AUC性能,发现CNOT门和受控Toffoli门对提升分类效果有显著作用。
2024-12-01 quant-ph
Circuit decompositions and scheduling for neutral atom devices with limited local addressability
针对中性原子架构缺乏单量子比特旋转局部寻址能力的问题,提出一种优化的编译器流水线,通过线路分解与调度最小化全局门数量及旋转量,使线路持续时间最高加速53.8倍并显著提升保真度。
2024-09-23 cs.AR cs.ET quant-ph
Preferred Interaction Ranges in Neutral-Atom Arrays in the Presence of Noise
在量子处理设备上成功执行量子信息处理(QIP)任务取决于高质量纠缠门的可用性。任何纠缠门的设计和实现的两个重要目标是低错误率和高连通性。前者最大限度地减少了在应用该门期间对量子态的意外扰动,而后者最大限度地增加了可以直接相互作用的量子位集,而无需通过中间量子位重新映射QIP任务-这一步骤可能需要许多额外的门。不幸的是,这些目标有时会发生冲突,需要仔细权衡。在这项工作中,我们研究的权衡在二维(2D)阵列的中性原子通过两个量子比特门介导的里德堡封锁效应的相互作用。与2D阵列上的里德伯介导门相关的连接性受到里德伯阻断移位的强度的限制,其随距离衰减。虽然改善连接性的一个常见策略是使用具有更大偶极矩的里德伯能级,但这样做也会使原子更容易受到电场噪声的影响。在这里,我们模拟各种逻辑QIP操作的性能,在现实的噪声源和各种里德伯电平,以评估连接与门误差的权衡。我们发现,在许多噪音制度,一个首选的相互作用范围内出现,最好满足权衡。虽然确切的最佳交互范围密切依赖于原子实现的细节,我们提出了简单的缩放参数,具有广泛的适用性,应告知未来的硬件和编译器设计的选择。
2022-09-19 quant-ph