Characterisation of an exchange-based two-qubit gate for resonant exchange qubits
共振交换量子位是一个有前途的家庭除了实验实现的编码的单量子位使用半导体量子点。我们之前已经表明，用单个交换脉冲在两个共振交换量子位之间执行CPHASE门应该是简单的。这种方法使用能隙来抑制泄漏，而不是传统的脉冲序列。在本文中，我们提出的分析和模拟我们提出的两个量子比特门的电荷和Overhauser场噪声在目前的实验中观察到的水平。我们的主要结果是，我们期望实现我们的双量子位门，以实现高精度，在百分比水平的错误和门时间可比的单量子位操作。因此，交换耦合共振交换量子比特仍然是量子计算的有吸引力的方法。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid Exchange Measurement-Based Qubit Operations in Semiconductor Double Quantum Dot Qubits
基于测量的量子计算（MBQC）以物理量子比特的多项式增加为代价，承诺与量子纠错码的自然兼容性。MBQC提案主要集中在光子系统上，其中2量子比特门是困难的。另一方面，量子点中的半导体自旋量子比特通过交换相互作用提供快速的2量子比特门。在基于交换的量子计算中，与其他固态量子比特一样，泄漏到更高的状态是一个必须减轻的严重问题。在这里，提出了两种混合测量交换方案，其量化了MBQC对基于量子点的量子计算的益处。在单重态-三重态基础上测量双量子点编码的量子比特，以及量子比特间和量子比特内交换相互作用，用于执行一个和两个量子比特操作。这两种方案都抑制了单个量子位自旋态泄漏误差，提供了快速的门时间，并且只需要可控的交换耦合，直到已知的相位和泡利校正。
2023-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust Two-Qubit Gates for Exchange-Coupled Qubits
我们提出了复合脉冲序列，执行容错的两个量子比特门操作的交换只量子点自旋量子比特在各种实验相关的几何形状。我们展示了如何在仅交换系统中执行动态校正的双量子比特门，并取消了超精细误差项。这些脉冲序列被构造成符合严格非负耦合的现实实验约束。我们建立，我们提出的脉冲序列导致几个数量级的改善，在门保真度相比，他们的未校正的同行。结合单量子位动态校正门，我们的结果使抗噪声的通用量子操作与交换只量子位。
2014-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Three-qubit entangling gates with simultaneous exchange controls in spin qubit systems
University of Texas at El Paso（德克萨斯大学埃尔帕索分校）
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
Charge-noise-insensitive gate operations for always-on, exchange-only qubits
我们引入了一个永远在线的，只交换的量子位，由三个局部半导体自旋组成，为量子点能级的波动提供了一个真正的“甜蜜点”。单量子位和双量子位门操作都可以只使用交换脉冲来执行，同时保持这个最佳点。我们展示了如何将这个量子比特相互转换为其他三自旋编码的量子比特，作为量子计算和通信的新资源。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Singlet-only Always-on Gapless Exchange Qubits with Baseband Control
本研究提出SAGE自旋量子比特方案，将单比特编码于四电子自旋中，可抵御磁场梯度引发的相干误差与泄漏，在梯度噪声主导下相干性能提升一个数量级，且双比特门脉冲序列更简化。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Demonstration of an always-on exchange-only spin qubit
该研究演示了始终开启的交换型自旋量子比特，通过同时交换脉冲实现高保真控制，平均Clifford门保真度达99.86%，为高效双量子比特门和原生i-Toffoli门奠定基础。
2025-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange-only qubit stabilized by a single-spin qubit
Institute for Theoretical Nanoelectronics (PGI-2), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心理论纳米电子学研究所）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
该研究将Loss-DiVincenzo方案与仅交换量子比特结合，实现了仅单重态仅交换量子比特的误差检测与容错π旋转，抑制了误差传播，为半导体基量子计算的容错门构建提供了新视角。
2026-08-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin manipulation in an exchange-only qubit
三自旋量子比特的调制、操纵和测量是通过一个少电子三重量子点来实现的，其中所有的操作都可以通过调节最近邻交换相互作用来驱动。应用于两个附近的电荷传感器的多路复用反射计允许量子位读出。退相干被发现是一致的预测的基础上，具有均匀的功率谱的栅极电压噪声。发展了只交换量子比特的理论，并表明只有两个自旋的初始化就足以进行操作。概述了仅使用交换和静电相互作用的完全多量子位控制的要求。
2010-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge fluctuation induced dephasing of exchange coupled spin qubits
交换耦合{ \it自旋}量子位在半导体纳米结构中被证明是容易受到失相所造成的{ \it电荷噪声}总是存在于半导体环境中。这种由环境电荷涨落引起的交换门的退相干源于海森堡耦合的基本库仑性质，并且对广泛研究的交换门固态自旋量子计算机架构的可扩展性提出了严峻的挑战。我们估计退相时间耦合自旋量子位在很宽的范围内（从1 ns到$> 1 μ$ s）取决于交换耦合强度和它的敏感性，电荷波动。
2006-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimizing electrically controlled echo sequences for the exchange-only qubit
最近，West和Fong [New J.Phys.14，083002（2012）]引入了用于仅交换量子位的回波方案，其完全依赖于交换相互作用。在这里，我们比较了两种不同的基于交换的序列和两种优化策略，Uhrig动态解耦（UDD）和优化的滤波函数动态解耦（OFDD），这是为单自旋量子比特引入的，并在本文中应用于三自旋交换量子比特。计算表明，优化概念的适应性可以通过直接计算来实现。我们考虑两种类型的噪声谱，洛伦兹和欧姆噪声。对于这两个频谱，结果揭示了一个轻微的依赖性的回声序列的选择上的性能。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange-Only Spin-Orbit Qubits in Silicon and Germanium
QuTech, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech）
本文提出了一种基于自旋轨道相互作用的仅交换量子比特，通过两个退化态实现低泄漏两量子比特门，克服了传统方法的局限性。
2024-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-qubit sweet spots for capacitively coupled exchange-only spin qubits
高保真双量子比特门的实现是半导体量子点量子比特实现通用量子计算的瓶颈。我们研究了编码在$S = 1/2$，$S_z = -1/2$消相干自由子空间中的两个三重量子点自旋量子比特之间的电容耦合。我们报告了CPHASE和CNOT门的精确门序列，并从理论上证明了在电容耦合EO量子比特的参数空间中存在多个两量子比特最佳点（2 QSS）。栅极操作具有全电的优点，但是耦合到量子位的电参数的电荷噪声导致退相干。假设噪声具有1/f谱，计算了两量子比特门的量子数和时间，这为容错所需的噪声阈值提供了有用的信息。我们研究了单参数和多参数的双量子比特门。特别是，对于两个现有的EO实现-谐振交换（RX）和始终在线的仅交换（AEON）量子位-我们比较了参数空间中2 QSS同时是RX和AEON的单量子位最佳点（1 QSS）的位置处的双量子位门的性能和时间。这些结果为实现高保真量子计算提供了一条潜在的途径。
2021-08-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
A quadrupolar exchange-only spin qubit
我们提出了一种四极交换自旋（QUEX）量子比特，它对量子点中占主导地位的退相干机制电荷噪声和核自旋退相具有高度鲁棒性。量子比特由被捕获在三个量子点中的四个电子组成，并在无退相干子空间中运行，以减轻由于核自旋引起的退相。为了降低对电荷噪声的敏感性，量子位可以完全在扩展的电荷噪声最佳点处操作，该最佳点对电波动一阶不敏感。由于库仑相互作用介导的现场交换，量子比特能量分裂是电可控的，即使在“关闭”配置中也可以达到几GHz，使其与传统的微波腔兼容。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange-based two-qubit gate for singlet-triplet qubits
我们分析了一个简单的基于交换的两量子比特门，用于门定义的半导体量子点中的单重态-三重态量子比特，可以在单个交换脉冲中实现。来自逻辑子空间的激发被磁场梯度抑制，该磁场梯度导致自旋翻转转变为非能量守恒的。我们表明，绝热脉冲的使用大大减少了泄漏过程相比，方脉冲。我们还分析和模拟了电荷噪声对门的纠缠保真度的影响，证明了物理上真实的实验参数的高纠缠保真度。具体来说，我们发现，它是可能的，以实现可比较的单量子比特状态使用现实的磁场梯度的双折射率和门时间。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange-Coupled Spins for Robust High-Temperature Qubits
提出利用相邻自旋间 Heisenberg 交换相互作用作为内在误差缓解机制，使 E-qubit 在 1 K 以上获得更高门保真度、更长相干时间并抵抗场不均匀性。
2025-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Analysis and mitigation of residual exchange coupling in linear spin qubit arrays
本研究分析线性自旋量子比特阵列中残余交换耦合对门保真度的影响，提出调整时序等缓解方法，并指出扩展器件时需权衡电荷噪声与残余交换效应。
2023-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Self-Consistent Measurement and State Tomography of an Exchange-Only Spin Qubit
我们报告的初始化，完整的电气控制，和单次读出的交换只自旋量子位。通过交换相互作用的完全控制是快速的，在2 ns内产生了75个量子比特的旋转。使用最大似然估计器方法执行测量和状态断层扫描，允许量化退相干、量子位状态空间的泄漏和测量保真度。这里开发的方法一般适用于系统的状态泄漏，噪声测量，和非正交控制轴。
2013-02-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dephasing of Exchange-coupled Spins in Quantum Dots for Quantum Computing
半导体量子点中的自旋量子比特为量子信息处理带来了可扩展性和长相干时间的希望。一种重要的半导体量子比特系统是捕获两个电子或空穴的双量子点，其自旋态编码通过交换相互作用耦合的单重态-三重态量子比特或两个单自旋量子比特。本文报道了双量子点中两个交换耦合自旋的自旋退相研究进展。我们首先讨论了基于交换作用的门定义量子点或施主原子中的双量子比特门和量子比特编码方案。然后，我们报道了单重态-三重态量子比特和双量子比特门的自旋退相研究进展。进一步讨论了抑制自旋退相的方法。对自旋退相的理解可以为实现基于自旋的量子计算的高保真量子门提供见解。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exchange-interaction of two spin qubits mediated by a superconductor
通过让两个量子比特相互作用来纠缠它们是构建量子处理器的关键要求。对于基于电子自旋的量子位，这些双量子位门通常通过在两个附近的量子点中捕获的电子的交换相互作用来执行。由于交换相互作用依赖于电子的隧穿，传统方法的相互作用范围受到严重限制，因为隧穿幅度随着隧穿势垒的长度呈指数衰减。在这里，我们提出了一种新的方法来耦合两个自旋量子比特通过超导耦合器。本质上，超导耦合器为电子提供了一个隧道势垒，可以精确地进行调谐。结果表明，在几微米的距离上的交换耦合变得现实，从而使多量子位系统的灵活设计成为可能。
2015-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-tone pulse sequences and robust two-tone shaped pulses for three silicon spin qubits with always-on exchange
量子计算需要在可扩展平台上的高保真单量子比特和双量子比特门。硅自旋量子比特是实现这一目标的一个有前途的平台。在本文中，我们展示了如何执行单量子位和CZ门在一个线性链的三个自旋量子位与始终打开的交换耦合，这是相关的某些点和施主为基础的硅器件。我们还展示了如何使CZ门强大的电荷噪声和脉冲长度误差使用双音脉冲整形方法。鲁棒脉冲在交换或脉冲幅度波动为3.5%时保持99.99%的保真度，这是对未校正脉冲的改进，在未校正脉冲中，这种保真度只能在交换幅度波动高达2%或高达0.2%时保持。
2021-06-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Landau-Zener Transitions in Spin Qubit Encoded in Three Quantum Dots
我们研究了三个相干耦合的三电子量子点中交换自旋量子比特的产生和动力学。对于线性和三角形两种几何结构的系统，量子比特态的产生和相干控制由朗道-齐纳跃迁完成。在三角形的情况下，两个量子比特状态是等价的，并且可以很容易地生成系统的特定对称性。如果其中一个点比其他点小，则可以观察到拉比振荡，这可以用于量子比特状态的相干操纵。线性系统更容易制造;然而，量子比特状态不等价，使得量子比特操作更难以控制。
2016-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
High-Fidelity Entangling Gates for Quantum-Dot Hybrid Qubits Based on Exchange Interactions
量子点混合量子比特利用了扩展的电荷噪声最佳点，该最佳点抑制了失相，并且使得高保真单量子比特门的实验实现成为可能。然而，目前提出的双量子比特门需要将量子比特从它们的最佳点调出来。在这里，我们提出了一种基于交换相互作用的双混合量子比特耦合方案，该方案允许量子比特始终保持在其最佳点。通过量子比特间的隧道耦合来控制相互作用。通过模拟这种门在现实的准静态和$1\!/\!f$电荷噪声的存在下，我们表明，我们的方案应使长度为$\sim$ 5~ns的受控$Z$门，和长度为$\sim$ 7~ns的Z-CNOT门，两者都具有$>$ 99.9\%。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
The Resonant Exchange Qubit
我们引入了一种固态量子比特，其中受限电子之间的交换相互作用提供了静态纵向场和振荡横向场，允许通过射频栅极电压脉冲进行快速和全面的量子比特控制。我们演示了双轴控制在失谐的甜蜜点，其中由于超精细耦合的泄漏被抑制的大交换间隙。在多脉冲回波条件下，π/2门时间为2.5ns，相干时间为19 μs。模型计算，包括超精细噪声的影响是在很好的定量与实验一致。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics
我们研究了一个由空间分离的共振交换量子比特组成的混合量子系统，定义在三电子半导体三重量子点中，通过超导传输线谐振器耦合。借鉴电路量子电动力学和Hartmann-Hahn双共振技术的方法，我们分析了在色散和共振相互作用机制中实现共振介导的双量子比特纠缠门的三种具体方法。我们计算了纠缠门的量子数以及通过声子的弛豫率，在硅三重点中的共振交换量子位，并表明这样的实现是特别适合于实现强耦合制度。我们的方法结合了硅中编码自旋量子比特的良好相干特性和电路QED系统提供的快速而强大的长程纠缠。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity gate set for exchange-coupled singlet-triplet qubits
为了实现具有许多量子位的基于量子机的量子计算，需要解决诸如残余量子位间耦合和来自可扩展控制硬件的约束之类的问题，以保持当前单量子位器件中所展示的高栅极集成度。在这里，我们专注于两个交换耦合的单重态-三重态自旋量子比特，考虑现实的控制硬件以及库仑和交换耦合，不能完全关闭。利用测得的噪声谱，我们优化了实际的控制脉冲，并表明在GaAs中可以达到99.90%（$\ge 99.69\%$）的双量子位（单量子位）栅极异质性，而在Si中可以达到99.99%（$\ge 99.95\%$）。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable exchange coupling between two singlet-triplet qubits
我们研究了两个单重态-三重态量子比特之间的可控交换耦合。从四重量子点系统的二次量子化哈密顿量出发，利用投影算符方法得到了两个量子比特之间的有效自旋-自旋相互作用.在强均匀外磁场和非均匀局域微磁场作用下，量子位间的有效耦合为伊辛型，耦合强度可用量子点参数表示.最后，我们讨论了如何利用这种可控耦合产生各种双量子比特操作，如纠缠产生和受控非门。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral and bond-ordered phases in a triangular-ladder superconducting-qubit quantum simulator
Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过超导量子比特实现三阶晶格Bose-Hubbard模型，通过调控耦合强度和符号合成磁通量，发现手性超流、迈斯纳超流和键有序绝缘体特征。
2026-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Resonant Exchange Operation in Triple-Quantum-Dot Qubits for Spin-Photon Transduction
三重量子点（TQD）是很有前途的半导体自旋量子比特，因为它们通过快速、可调的交换相互作用进行全电控制，并且不受全局磁场波动的影响。当交换在两个量子位轴上同时活跃时，这些量子位可以在共振交换（RX）机制中与光子发生强烈的横向相互作用。然而，大多数理论工作都是基于现象学的费米-哈伯德模型，这可能无法完全捕捉到量子比特自旋电荷态的复杂性。在这里，我们调查交换Si/SiGe和GaAs TQD使用全组态相互作用（FCI）的计算，更好地描述实际设备的操作。我们表明，一般的高交换操作，特别是RX制度，可以显着不同于简单的模型，提出了新的挑战和机会的自旋光子耦合。我们强调的影响，设备静电和有效质量的交换，并确定一个新的工作点（XRX）强自旋光子耦合是最有可能发生在Si/SiGe TQD。根据我们的数值结果，我们分析了远程纠缠腔iSWAP协议的可行性，并讨论了提高保真度的设计途径。我们的分析提供了深入了解TQD自旋光子转导的要求，并更普遍地证明了自旋量子位交换精确建模的必要性。
2020-05-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering two-qubit gates via anisotropic exchange in germanium spin qubits
IBM Research Europe - Zurich（IBM 欧洲苏黎世研究所）；IBM Quantum, T.J. Watson Research Center（IBM 量子 T.J. 沃森研究中心）
本研究利用应变锗量子阱中的两个空穴自旋量子比特，结合磁场全矢量控制测绘交换张量，通过磁场取向调谐实现纵向与横向交换分量的调控，成功实现各向同性交换无法得到的单脉冲基带 iSWAP 门，建立了原生哈密顿量工程。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Leakage and sweet spots in triple-quantum-dot spin qubits: A molecular-orbital study
三量子点系统可以作为仅交换量子比特或共振交换量子比特来操作。虽然人们普遍认为共振交换量子比特的决定性优势是抑制电荷噪声，因为它在最佳点工作，但我们发现泄漏也是一个重要因素。通过分子轨道理论的计算，我们表明，当系统是在交换唯一的计划，泄漏的状态与双电子占据量子点是严重的，当从$\hat{z}$的旋转轴120 $^\circ$进行。虽然这种泄漏可以通过缩小点或将它们进一步分离来减少，但交换相互作用也同时被抑制，使得栅极操作不利地缓慢。当系统作为共振交换量子位操作时，泄漏小3-5个数量级。我们还计算了使共振交换量子比特的泄漏最小化的最佳失谐点，并发现尽管它与电荷噪声的双甜蜜点不一致，但它们相当接近。我们的研究结果表明，共振交换量子比特的另一个优点是，与仅交换量子比特相比，泄漏可以大大抑制，并且在双甜蜜点点处操作对于降低电荷噪声和抑制泄漏都是最佳的。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-qubit logical operations in three quantum dots system
我们考虑一个两个相互作用的常开的、只交换的量子比特的模型，对于该模型，受控相位（$CPHASE$）、受控非（$CNOT$）、量子傅里叶变换（$QFT$）和$SWAP$操作只能在纳秒时间尺度内的几个电脉冲中实现。每个量子比特由三个三角形几何形状的量子点（TQD）组成，三个电子自旋始终仅通过交换相互作用保持耦合。量子比特状态被编码在一个双重子空间中，并且完全由施加到栅电极上的电压进行电气控制。两个量子位量子门通过短电脉冲来实现，该短电脉冲改变了TQD的三角对称性并开启了量子位之间的交换相互作用。我们发现了一个最佳的配置来实现的$CPHASE$门的顺序为2.3 ns的单脉冲。使用这个门，结合单量子比特操作，我们寻找最佳条件来执行其他门：$CNOT$，$QFT$和$SWAP$。我们的研究也考虑了环境影响和泄漏过程。结果表明，该系统可以实现容错量子计算。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Singlet-only always-on gapless exchange (SAGE) spin qubits: Charge noise effects and two-qubit gates
University of Maryland（马里兰大学）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
研究SAGE自旋量子比特在电荷噪声下的性能及双量子比特门的保真度，提出通过简单方法抑制噪声并延长相干时间。
2026-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrically-protected resonant exchange qubits in triple quantum dots
提出了一种利用三重量子点中的三个自旋组成的量子比特进行量子计算的调制微波方法。这种方法包括单量子位和双量子位门，由于对高频电场具有窄带响应的操作点，这些门被保护免受低频电噪声的影响。此外，现有的双量子点进展，包括通过自旋到电荷转换的稳健制备和测量，可以立即应用于新的量子位。最后，高频耦合中隐含的电偶极子项使超导微波谐振器能够实现强耦合，从而产生更强大的双量子比特门。
2013-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable anisotropic exchange coupling between spin qubits in quantum dots
量子点自旋量子比特之间的交换耦合是各向同性的，这限制了可以形成的量子门的类型。在这里，我们提出了一种方法，用于控制自旋之间的各向异性相互作用安排在总线几何。对称性被外部磁场打破，导致XXZ型相互作用，可以有效地生成Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态或用于仅交换量子计算的通用门集。总线基态的分析提供了量子临界现象和通信能力之间的联系。
2011-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
The asymmetric resonant exchange qubit under the influence of electrical noise
研究了电荷噪声对三重量子点中共振交换（RX）量子比特的影响。这个RX量子比特是仅交换自旋量子比特的变体，其响应于窄带谐振频率。我们的噪声模型包括不相关的电荷噪声在每个量子点引起两个独立的（嘈杂的）偏置参数$\varepsilon$和$Δ$。我们计算两个量子比特态的能量分裂作为这两个偏置失谐参数的函数，以找到“甜蜜点”，在那里量子比特最不容易受到噪声的影响。我们的研究表明，这样的甜蜜点存在于低偏置制度，其中偏置失谐参数具有相同的幅度作为跳跃参数。在$(\varepsilon,Δ)$平面中的最佳点的位置取决于量子点之间的跳跃强度和不对称性。在弱电荷噪声的情况下，我们基于这些甜蜜点为RX量子比特确定了一个新的有利操作状态。
2015-02-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement Purification with the Exchange Interaction
纠缠纯化允许相对于最大纠缠态创建任意高保真度的量子比特对，从大量的低保真度对开始。净化需要量子记忆，电子自旋非常适合扮演这个角色。然而，使用现有的递归协议，涉及对称的本地两个量子位操作的自旋量子位是相当不切实际的。我们提出了一个有效的纯化协议，只需要一个单一的脉冲海森堡或XY型交换两个量子比特对之间的相互作用。与已知的协议相比，我们允许非对称双边双量子位操作，其中两个通信方在其量子位上的操作不同。在我们的协议的最佳版本中，在海森堡交换的情况下，本地两量子比特相互作用对应于$\sqrt{\mathrm{SWAP}}$门及其逆。
2014-01-22 cond-mat.mes-hall 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
Long distance coupling of resonant exchange qubits
我们研究了微波腔作为半导体量子点（QD）中两个共振交换（RX）量子比特之间长距离相互作用的介体的有效性，仅受腔的扩展限制。我们的相互作用模型包括正交归一化的Wannier轨道构造的Fock-Darwin状态的假设下，一个谐波量子限制势。我们计算了Jaynes-Cummings哈密顿量中的量子比特-腔耦合强度，发现具有非对称电荷组态的两个态之间的偶极跃迁构成了相应的RX量子比特-腔耦合机制.共享腔中的两个RX量子位之间的有效耦合产生了通用的两量子位iSWAP门，其门时间在纳秒量级上，距离在高达一毫米的量级上。
2015-11-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic theory on magnetic-field-tuned sweet spot of exchange interactions in multielectron quantum-dot systems
由双量子点系统中的双电子状态定义的单重态-三重态量子位（“双电子单重态-三重态量子位”）中的交换相互作用通常随着交换相互作用单调变化，因此不携带最佳点。本文研究了双量子点系统中由四电子态定义的单重态-三重态量子比特（“四电子单重态-三重态量子比特”）。我们证明，使用组态相互作用计算，在四电子单重态-三重态量子比特的交换能量作为失谐的函数可以是非单调的，这表明存在的甜蜜点。我们进一步表明，通过垂直磁场调谐的最佳点和相应的交换能可以与轨道分裂的变化。我们的研究结果表明，具有两个以上电子的单重态-三重态量子比特在实现量子计算方面具有优势。
2022-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Noise-protected two-qubit gate using anisotropic exchange interaction
QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学量子技术研究所和卡弗里纳米科学研究所）
本文提出一种基于锗空穴自旋量子比特的两量子比特门协议，利用各向异性交换相互作用和基带信号复合脉冲方案，实现高保真度的两量子比特受控-Z操作，以抑制交换能波动。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effects of residual exchange coupling on simultaneously driven spin qubits
University of California – Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Joint Center for Quantum Information and Computer Science, NIST/University of Maryland（量子信息与计算机科学联合中心，NIST/马里兰大学）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；Princeton University（普林斯顿大学）；Center for Quantum Science and Engineering, University of California – Los Angeles（加州大学洛杉矶分校量子科学与工程中心）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系）
本研究通过同时驱动两个自旋量子比特的测量，揭示了残余交换耦合对微波驱动动力学的影响，并建立了理论模型，发现拉比频率差超过交换耦合时可抑制交换诱导效应。
2026-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamically corrected gates for an exchange-only qubit
我们提供了分析的复合脉冲序列，执行动态解耦与任意旋转的三重量子点的自旋态编码的量子位。序列的设计尊重现实的实验约束，如严格的非负耦合。同时纠正逻辑错误和泄漏错误。采用短脉冲序列补偿核噪声，采用长脉冲序列同时补偿核噪声和电荷噪声。这项工作中开发的能力为打击目前阻碍仅交换量子位实验的相关噪声源提供了明确的处方。
2013-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chirality in Quantum Computation with Spin Cluster Qubits
我们研究几个横向单电子量子点之间的海森堡相互作用的修正。我们表明，使用精确对角化，三体手征项耦合三角形配置的外部源的通量相当强烈。手征校正影响利用三个或更多个海森堡耦合量子点的环的单量子比特编码。
2004-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Maximal tripartite entanglement between singlet-triplet qubits in quantum dots
双量子点中的单重态-三重态是很有希望的量子比特实现，电容耦合可以用来在这些量子比特之间产生纠缠。我们提出了一个三角形结构的单重态-三重态纠缠三量子比特门。我们使用一个真实的微观模型模拟表明，一个最大纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger态可以产生的量子比特下的交换演化。此外，我们对门操作的分析可以用来提取实现这一点所需的实际实验脉冲序列。
2013-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simple operation sequences to couple and interchange quantum information between spin qubits of different kinds
利用交换相互作用，推导出了不同类型的量子点自旋量子比特之间耦合和交换量子信息的有效操作序列。在单自旋量子比特、单重态-三重态量子比特和仅交换（三重点）量子比特的量子比特编码中，一些单量子比特相互作用在纠缠操作期间保持开启;这大大简化了构建纠缠操作的操作序列。在理想的设置中，门操作只使用一次量子位内交换相互作用。讨论了纠缠序列的局限性，并给出了量子信息如何在不同类型的量子点自旋量子比特之间进行转换。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
A flexible design platform for Si/SiGe exchange-only qubits with low disorder
基于自旋的硅量子点是用于量子信息处理的在相干时间、控制和工程方面有吸引力的量子比特技术。在这里，我们提出了一个只交换硅量子位器件平台，结合了CMOS类晶圆处理的吞吐量与直写光刻的多功能性。该技术，我们硬币“SLEDGE”，特点是点状栅极，同时在一个地形平面上图案化，随后通过过孔连接到互连金属线。该工艺设计实现了非平凡的布局以及栅极尺寸、材料选择和附加器件特征（例如用于rf量子位控制）的灵活性。我们表明，SLEDGE过程中减少了静电无序与传统的重叠栅极器件与剥离金属化，我们目前的自旋相干交换振荡和单量子位盲随机基准数据。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Driven nonlinear dynamics of two coupled exchange-only qubits
受快速交换量子位的创建的启发（Medford等人，物理学评论快报，111，050501（2013）），我们开发了一种理论，描述了两个这样的量子位的非线性动力学，当它们中的一个以等于其能级分裂的频率被共振驱动时，这两个量子位是电容耦合的。我们包括强驱动的条件，其中拉比频率是能级分裂的重要部分，并且我们考虑第二个量子位的分裂可能与第一个相同或不同的情况。我们证明了量子位之间的耦合可以通过读取第二个量子位的响应来检测，即使它们之间的耦合只有它们的能级分裂的$1\%$，并计算了量子位之间的纠缠。耦合量子比特的非线性动力学模式及其纠缠强烈依赖于系统的几何形状，量子比特间耦合的特定机制深刻影响着两个量子比特的动力学。特别是，我们描述了两个量子比特系统中不规则动力学的发展，探索抑制它的方法，并证明存在一个最佳的耦合强度范围，在操作时间内保持稳定。
2014-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-qubit logic with anisotropic exchange in a fin field-effect transistor
本研究在工业兼容硅鳍式场效应晶体管中实现24 ns的空穴自旋受控旋转双量子比特门，揭示强自旋轨道作用导致的各向异性交换可消除门速度与保真度的权衡，推动硅基空穴自旋量子比特向大规模量子计算迈进。
2022-12-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Error correction for gate operations in systems of exchange-coupled singlet-triplet qubits in double quantum dots
提出了一种校正交换耦合单重态-三重态半导体双量子点量子比特中串扰和噪声引起的误差的方案。虽然交换耦合允许耦合强度独立于量子位内交换耦合进行控制，但也存在泄漏问题，这必须得到解决。我们表明，如果一个大的磁场差异存在于两个量子比特之间，泄漏被抑制。然后，我们开发脉冲序列，纠正串扰和噪声引起的错误，并提出参数描述他们的24个克利福德门。我们确定的不忠作为一个函数的错误诱导项的未校正和校正门，并表明我们的校正脉冲序列减少了几个数量级的错误。
2018-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Tunneling by Adiabatic Passage of an exchange-only spin qubit in a double quantum dot chain
提出了一种基于绝热通道相干隧穿（CTAP）的方案，在线性排列的双量子点链中实现自旋量子量子态的交换。量子位的逻辑状态通过采用限制在双量子点中的三个电子的自旋状态来定义。完全通过电操作来获得门操作的可能性使得该量子位在用于实现量子算法的量子计算领域中成为有价值的架构。研究了外控制参数的影响以及退相对链中相干隧穿的影响。在绝热输运过程中，在一个恒定的能量简并本征空间内，链内部的双量子点中的态不被填充，而外部的混合态的瞬态布居被预测。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-qubit gates for decoherence-free qubits using a ring exchange interaction
众所周知，可以在许多物理量子比特上编码逻辑量子比特，使得它不受集体退相干的影响，并且可以使用这些“无退相干”量子比特来执行通用量子计算。然而，目前提出的对这些编码量子位执行门的方法可能难以实现，或者可能需要太多时间来执行。在这里，我们调查是否利用环交换的相互作用，这可能是自然存在的，可以简化这些门的实现以任何方式。利用环交换相互作用，我们发现了一种方法，使用5个脉冲序列在4量子比特无消相干子空间和3量子比特无消相干子系统上创建受控Z门。这在简单性很重要或环交换相互作用突出的情况下可能很有用。我们还研究了定时误差和磁场波动如何影响这个门的保真度。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
The singlet-triplet and exchange-only flopping-mode spin qubits
本文将摆动模式概念与ST和EO量子比特结合，提出了由三/四个量子点组成的新型量子比特，实现了高度可调的横向与纵向腔耦合及非耗散通用控制，并利用输入输出理论提供了耦合强度的提取方法。
2025-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Read-out and Dynamics of the Qubit Built on Three Quantum Dots
我们提出了一个模型的量子比特建立的三个相干耦合的量子点与三个自旋在三角形几何。量子比特状态被编码在双重子空间中，并且它们由栅极电压控制，这打破了系统的三角对称性。我们展示了如何准备量子位和执行一个量子位操作。本文将讨论一种新型的电流阻塞效应。阻断与从电极到不同的双重态的传输速率的不对称性有关，并且用于读出量子比特状态的动力学。我们的研究还提出了在双峰子空间的拉比振荡，退相干和泄漏过程的分析。
2014-10-16 cond-mat.mes-hall
