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
Floquet geometric entangling gates in ground-state manifolds of Rydberg atoms
提出利用Floquet理论在Rydberg原子基态流形中构建容错两比特纠缠门,通过周期性调制Rabi频率实现高保真度与高鲁棒性,且比Rydberg态编码更具实用性。
2024-07-03 quant-ph
Detuning-robust Rydberg entangling gates from echoed pulses
The University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Duke University(杜克大学);University of Chicago(芝加哥大学);Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室)
本研究设计了抗失谐的里德伯纠缠ZZ门,将一阶失谐误差归为单量子比特Z旋转并由回波序列消除,大幅放宽了对激光频率稳定性等的要求,推动中性原子实用容错量子计算发展。
2026-09-04 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
Fast entangling gates for Rydberg atoms via resonant dipole-dipole interaction
本文提出一种利用每个原子四个能级和微波驱动共振偶极-偶极相互作用的里德伯原子纠缠门方案,实现无需光学相位调制的受控-Z门,比现有范德瓦尔斯门更快且对里德伯衰变更不敏感,并验证了其对距离波动的鲁棒性。
2025-07-21 quant-ph
Fast, Accurate, and Realizable Two-Qubit Entangling Gates by Quantum Interference in Detuned Rabi Cycles of Rydberg Atoms
基于里德堡相互作用的高保真纠缠量子门是利用中性原子进行可扩展量子计算所必需的。然而,它们的实现遇到了一个主要的绊脚石--基态和里德堡态之间跃迁的运动诱导退相。利用不同失谐拉比振荡之间的量子干涉,我们提出了一种实现一类精确纠缠里德堡量子门的实用方案。我们显示了两种类型的这样的门,$U_{1}$和$U_{2}$,在$\text{diag}\{1, e^{iα}, e^{iγ}, e^{iβ}\}$的形式,其中$α, γ$,和$β$是由激光器的参数和里德堡封锁$V$。$U_{1}$通过向两个量子位发送单个非共振激光脉冲来实现,而$U_{2}$通过向每个量子位单独施加一个失谐激光脉冲来实现。我们的方法有几个优点。首先,门是精确的,因为$U_k$的保真度仅受低于$10^{-5}$的旋转误差和里德伯态衰减的限制。由于所有的跃迁都是失谐的,里德伯态的布居数很小,因此很容易得到$10^{-5}$量级的衰变误差。第二,运动诱导的退相被最小化,因为没有间隙时间,在该间隙时间中,任一量子比特的里德堡搁置态中的布居被留下。第三,门对$V$的变化有弹性。这是因为在三个阶段$α,γ$和$β$中,只有最后一个阶段(部分)依赖于$V$。第四,拉比频率和$V$在我们的方案是类似的幅度,这允许门的快速实现时,他们都是几兆赫的可行幅度。这种干涉方法的快速性、准确性和可行性为中性原子的通用量子计算中的纠缠门奠定了基础。
2019-04-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Doppler-resilient ground-Rydberg transition and its application in high-fidelity entangling gates with neutral atoms
在中性里德伯原子中,运动诱导的退相是一个严重的问题,它限制了利用外激光场进行量子控制过程的精度。这种退相是一个主要的问题,限制了量子纠缠门与中性原子的保真度时,有一个{ \it间隙}的时间为里德伯原子自由漂移。我们发现,通过使用“V”型双轨配置中的过渡,可以在很大程度上抑制这种失相。这个“V”的左(右)臂代表到Rydberg态$|r_{1(2)}\rangle$的跃迁,其Rabi频率为$Ωe^{ikz}~(Ωe^{-ikz})$,其中$z$是冻结的,没有原子漂移,但在每个实验周期中线性变化。这样的配置相当于基态和具有拉比频率$\sqrt2Ω$的混合且时间依赖的里德堡态之间的转变,使得无论何时状态返回到基态都没有相位误差。我们研究了这种方法的两个应用。首先,可以在激发和去激发之间没有{ \it间隙}时间的情况下,在超精细基态$|1\rangle$和里德伯态$|r_{1(2)}\rangle$之间忠实地转移原子态。第二,通过在{\it能隙}时间内加入红外激光场诱导$|r_{1(2)}\rangle$通过一个大失谐的低中间态跃迁到邻近的里德堡态$|r_3\rangle$,原子可以在{ \it能隙}时间内保持其内部态在里德堡能级,同时调节$|r_{1(2)}\rangle$中的布居分支.这允许在{ \it间隙}时间之后的几乎完美的里德堡去激发,使得在里德堡封锁门中恢复高保真度成为可能。该理…
2019-10-01 physics.atom-ph physics.optics 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
Fast nuclear-spin entangling gates compatible with large-scale atomic arrays
School of Physics, Xidian University(西安电子科技大学物理学院)
本研究提出了一种通过单个全局激光脉冲实现高保真度核自旋纠缠门的方法,适用于大规模原子阵列,通过增大Rabi频率缓解退相干问题。
2023-12-11 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Entangling two Rydberg Superatoms via Heralded Storage
本研究利用里德堡超原子实现了光子的预告存储,并基于此成功纠缠了两个远程超原子,该方法无需中间节点,为量子网络和线性光学量子计算开辟了新途径。
2025-04-07 physics.optics 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
Single-Operation Rydberg Phase Gates via Dynamic Population Suppression
DEVCOM Army Research Laboratory(DEVCOM陆军研究实验室);Department of Physics, Stevens Institute of Technology(史蒂文斯理工学院物理系);Departamento de Química Física, Universidad Complutense(康普鲁顿大学物理化学系)
该研究提出了一种基于动态人口抑制的Rydberg相门技术,实现了任意阻塞强度下的高保真纠缠相门,为量子计算提供了新的实现路径。
2025-12-23 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
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
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
Optimized ancillary drive for fast Rydberg entangling gates
East China Normal University(华东师范大学);Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);Chongqing Institute of East China Normal University(华东师范大学重庆研究院);Shanxi University(山西大学)
本文通过优化辅助驱动实现快速且高保真的Rydberg纠缠门,显著缩短执行时间并提升门保真度。
2026-02-25 quant-ph
Hybrid atom-photon entangling gates via Gaussian soft control
提出基于高斯软控制的超导共面波导谐振器原子-微波光子受控Z门方案,通过高斯调制辅助场增强强耦合并提升门对参数偏差和能级移动的鲁棒性。
2024-06-14 physics.atom-ph quant-ph
An exchange-assisted entangling gate between 87Rb and 171Yb Rydberg atoms
QudeLeap Research(量子跃迁研究);The Hong Kong University of Science and Technology (Guangzhou)(香港科技大学(广州))
本文提出利用零电场下的Förster共振实现87Rb-171Yb双物种原子间的交换辅助受控-Z门,达到99.91%的固有保真度,为混合量子处理器提供关键工具。
2026-09-11 quant-ph
Detuning- and Stark-robust Rydberg gates
California Institute of Technology(加州理工学院);Oratomic(奥拉托米克)
本文提出一种量子比特态均参与的里德伯门框架,构造出可抵消或局部修正光移误差的协议,其性能优于常用的时间最优里德伯门,且证明了里德伯“飞越”纠缠门的存在,为中性原子量子计算提供重要基础。
2026-08-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph 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
Spatial dependence of fidelity for a two-qubit Rydberg-blockade quantum gate
研究了H. Levine等人(Phys.Rev.Lett. 123,170503(2019))。这个门基于里德伯封锁技术,由两个全局激光脉冲组成,驱动附近的原子。我们分析了相互作用$^{87}$ Rb里德伯原子的多级塞曼结构,并使用特定的驱动光束的几何形状和偏振模型的两个实验可用的激发方案。特别是,我们估计封锁移位依赖于原子间的距离和角度相对于量子化轴。此外,我们表明,使用里德堡$d$ -状态,相反,$s$ -状态,导致一个明显的角度依赖的封锁移位和门保真度。
2022-06-24 physics.atom-ph 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
Benchmarking a high-fidelity mixed-species entangling gate
我们在$^{43}\mathrm{Ca}^+\,$超精细量子位和$^{88}\mathrm{Sr}^+\,$塞曼量子位之间实现了一个双量子位逻辑门。对于这对离子种类,S-P光学跃迁足够接近,使得波长为$402\,\mathrm{nm}$的单个激光器可以用于驱动门,但是足够好地分离以给出良好的光谱隔离和低的光子散射误差。我们通过全随机基准测试、门集层析成像和Bell状态分析来表征门。后一种方法给出了$99.8(1)\%$的保真度,与最好的同种门的保真度相当,并且与已知的误差源一致。
2020-08-03 quant-ph
Systematic error tolerant multiqubit holonomic entangling gates
量子完整门具有对局部噪声的内在弹性,为实现容错量子计算提供了一种很有前途的方法。我们提出利用限制在光学阵列或超导电路中的里德伯原子实现高保真完整$(N+1)$ -量子比特控制门。我们识别了该方案,推导了有效多体哈密顿量,确定了多量子比特门的工作条件。独特地,多量子位门不受系统误差的影响,即,激光参数波动和运动失相,因为在操作期间$N$控制原子大部分保持在非常稳定的量子位空间中。我们发现,$C_N$门可以达到相同的保真度水平,在一个给定的门时间为$N\leq5$在适当的参数选择,和门容忍系统参数的错误,可以进一步提高通过优化脉冲工程。在里德伯原子的情况下,所提出的协议是本质上不同于典型的方案的基础上里德伯封锁或反封锁。我们的研究为用光学阵列或超导电路捕获里德伯原子构建鲁棒的多量子比特门铺平了新的道路。它有助于目前的努力,在发展可扩展的量子计算与被困原子和可制造的超导设备。
2021-11-17 quant-ph
Entanglement Swapping: Entangling Atoms That Never Interacted
在本文中,我们讨论了四种不同的方案,纠缠原子态的粒子从来没有相互作用。提出的实验实现利用里德伯原子与微脉塞腔的相互作用,微脉塞腔是在相干态或零场和一场Fock态的叠加态中制备的。我们考虑原子在三能级级联或λ配置
2005-01-15 quant-ph
Entangling two atoms of different isotopes via Rydberg blockade
量子纠缠对于模拟和理解强关联多体系统的奇异物理至关重要,例如高温超导体或分数量子霍尔态。非全同粒子的纠缠表现出更丰富的强多体关联物理,并为量子计算提供了更多的机会,特别是对于中性原子,与离子相比,粒子间相互作用可以通过费什巴赫共振广泛地调谐。此外,种间纠缠形成了各种复合系统的性质的基础,从玻色-玻色混合物到光合捕光复合物。到目前为止,只获得了囚禁离子的种间纠缠。本文报道了两个不同同位素的中性原子纠缠的实验实现。一个${}^{87}\mathrm{Rb}$原子和一个${}^{85}\mathrm{Rb}$原子被限制在相隔3.8 $μ$ m的两个单原子光阱中。在强里德堡封锁条件下,我们实现了一个异质结控制的--NOT(C-NOT)量子门,并得到了一个异质结纠缠态,分别为$0.73 \pm 0.01$和$0.59 \pm 0.03$.我们的工作与单量子比特门和C非门技术相结合,可以用于模拟任何多体系统的多物种相互作用。它还在量子计算和量子精密测量中具有应用,因为异质结系统在低串扰和存储器保护方面表现出优势。
2017-02-01 quant-ph
Two-qubit entangling gates between distant atomic qubits in a lattice
量子比特阵列编码在基态流形的中性原子被困在光(或磁)晶格似乎是一个有前途的平台,实现可扩展的量子计算机。阵列中最近的相邻量子位之间的两个量子位条件门可以通过利用里德伯封锁机制来实现,如D。Jaksch等人[Phys. Rev. Lett. 85,2208(2000)]。然而,由于偶极-偶极相互作用引起的能量偏移导致阻断随着原子间距离迅速下降,并且基于直接里德伯阻断的协议通常不能在由多于一个晶格位点分离的原子之间操作。在这项工作中,我们提出了一个扩展的Jaksch \emph{et al.} \协议的受控Z和受控非门的工作在一般情况下,量子位不是最近的邻居在数组中。我们的建议依赖于里德伯激发沿着连接量子比特的辅助非编码原子链跳跃,在该量子比特上应用门。研究了门保真度与辅助原子数、封锁强度和里德伯态衰减率的关系。还提供了我们的远程控制非门的实现和基于最近邻的两个量子比特门的序列之间的比较。
2017-06-06 quant-ph
Entangling single and $N$ atom qubits for fast quantum state detection and transmission
我们讨论了利用里德伯封锁技术实现1原子量子比特与集体$N$原子量子比特的纠缠。我们展示了如何利用纠缠来实现单原子量子比特态的快速读出和传输,而无需使用光学腔。
2005-06-27 quant-ph
Two-qubit gate protocols with microwave-dressed Rydberg ions in a linear Paul trap
本文研究了线性保罗阱中微波缀饰里德堡离子的三种受控相位门协议,通过优化激光参数抑制非绝热跃迁,在0.2μs门时间下实现99.25%保真度,超越基态离子门速度,推动快速量子计算与纠错。
2024-12-18 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic entanglement of Rydberg ensembles by engineered dissipation
我们提出了一个方案,利用耗散确定性地产生纠缠的强相互作用里德伯原子的系综。通过不同里德伯能级之间的微波驱动和与短寿命原子态耦合的共振激光的组合,可以将系综推向纠缠所有原子的暗稳态。不同里德堡态之间的长程共振偶极-偶极相互作用将纠缠扩展到范德瓦尔斯相互作用范围之外,具有纠缠大而远的系综的前景。
2014-07-04 quant-ph
Qudit entanglers using quantum optimal control
本文利用连续Lie代数控制与数字Lie群控制两种量子最优控制方法,在碱土金属原子核自旋编码的qudit中借助Rydberg阻塞效应高效生成高保真纠缠门,并展示了$d=2$到$d=10$范围内的可行性及具体保真度结果。
2023-06-27 physics.atom-ph quant-ph
SI-Traceable Calibration and Performance Benchmarking of a Terahertz Photomixer Transmitter-Receiver System Using a Rydberg Atomic Sensor
Rydberg Technologies Inc.(Rydberg科技有限公司)
本文利用里德伯原子传感器对204 GHz太赫兹光电混频收发系统进行SI可追溯校准与性能基准测试,实现电场绝对测量并建立原子传感器与传统传感器的定量联系。
2026-09-11 physics.app-ph physics.atom-ph 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
Adiabatic quantum computation with Rydberg-dressed atoms
研究了一种利用囚禁中性原子实现绝热量子计算的体系结构。基态原子被激光场以里德伯阻断机制为条件的方式修饰,从而提供必要的纠缠相互作用。作为一个基准,我们研究了二次无约束二进制优化(QUBO)问题的解决方案中发现的基态自旋配置的伊辛类模型的性能。我们模拟了一个现实的架构,包括原子实现的细节,量子比特编码到133 Cs的时钟状态,通过受激拉曼跃迁实现的有效B场,以及通过激发到100 P3/2里德堡能级实现的原子-原子耦合。包括光子散射的基本效应,我们发现两个量子比特实现的保真度是在0.99的数量级上,具有更高的保真度可能与改进的激光源。
2013-08-15 physics.atom-ph quant-ph
Architecture for fast implementation of qLDPC codes with optimized Rydberg gates
本文针对qLDPC码实现问题,提出基于中性原子长程里德堡门的双变量自行车码实现架构,通过优化量子比特布局与门脉冲,将[[144,12,12]]码纠错周期较此前方案缩短近一倍。
2024-12-25 physics.atom-ph quant-ph
High-fidelity parallel entangling gates on a neutral atom quantum computer
本文在中性原子量子计算机上利用最优控制等方法实现了多达60个原子并行、保真度达99.5%的双量子比特纠缠门,超越了表面码纠错阈值,并扩展至低错误的三量子比特门,为大规模量子计算奠定基础。
2023-04-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
A counterfactual Rydberg gate for photons
利用光子的量子计算需要高效的双光子门。提出了一种利用中间原子系统的双光子纠缠门。该系统包括一个单一的里德伯原子,它可以打开和关闭光子吸收的合奏使用偶极封锁。星门是基于一个反事实协议的。仅仅是吸收的可能性(这种可能性只有在概率为零的情况下才能发生)就能将光子引导到所需的最终状态。
2011-11-20 quant-ph
An Intracavity Rydberg Superatom for Optical Quantum Engineering: Coherent Control, Single-Shot Detection and Optical $π$ Phase Shift
我们展示了一种新的多功能的光量子技术的基础上,作为一个单一的两级超原子的内腔里德伯封锁原子系综。我们相干地控制其状态,并以$95\%$效率在Single Shot中对其进行光学检测。最重要的是,我们证明了一个超原子态依赖的$π$相位旋转的光反射从腔。与状态操纵和检测一起,它是实现确定性光子纠缠门和产生高度非经典光态的关键因素。
2021-11-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Suppression of high-frequency components in off-resonant modulated driving protocols for Rydberg blockade gate
针对失谐调制驱动的Rydberg阻塞门,本文提出滤除基函数高频分量并结合数值优化设计波形的系统方法,提升了门的保真度、速度与鲁棒性。
2023-06-06 quant-ph
Quantum logic and entanglement by neutral Rydberg atoms: methods and fidelity
基于中性里德伯原子的偶极-偶极相互作用的量子门和量子纠缠是基础物理和量子信息科学的重要研究内容。Rydberg介导的纠缠协议的精确性和鲁棒性是限制其在实验和未来工业中应用的关键因素。通过探索中性原子的里德伯相互作用,有各种方法可以产生纠缠门,每种方法都有自己的优点和缺点。在这些协议的基础和技巧进行审查,特别注意可实现的保真度和鲁棒性的技术问题和有害的先天因素。
2022-12-13 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Benchmarking direct and indirect dipolar spin-exchange interactions between two Rydberg atoms
本研究对两个里德堡原子间的直接、间接偶极自旋交换及新型四能级偶极耦合进行实验表征,分析了位置无序的影响,发现了具备局域控制特性的新型角依赖耦合形式。
2025-06-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Asymmetric blockade and multi-qubit gates via dipole-dipole interactions
由于里德伯原子之间的强相互作用和可调相互作用,可以用来实现快速的两量子比特纠缠门。我们提出了一个通用的两量子比特的里德伯封锁门的推广到多量子比特的里德伯封锁门,同时涉及许多控制量子比特和许多目标量子比特。这是通过使用强微波场来修饰附近的里德伯态来实现的,导致不对称封锁,其中控制-目标相互作用比控制-控制和目标-目标相互作用强得多。这些多量子比特门的实现可以大大简化量子算法和状态准备。为了说明这一点,我们表明,25个原子的GHZ态可以创建仅使用三个门与7.8%的误差。
2020-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Trapped Rydberg ions: a new platform for quantum information processing
在这一章中,我们提出了一个概述的实验与捕获里德堡离子和概述的优势和挑战,开发应用程序的量子计算,传感和模拟的新平台。被捕获的里德伯离子具有几个重要的特性,在它们的组合中是独一无二的:它们被紧紧地束缚在保罗陷阱的谐波势中,在这种情况下,它们的内部和外部自由度可以以精确的方式控制。离子的内部态和运动态的高保真态制备已经被证明,并且内部态已经被用来存储和操纵量子比特信息。此外,强偶极相互作用可以在里德伯态的离子之间实现,并被探索用于研究相关的多体系统。通过激光耦合到里德伯态,离子的极化率可以被增强和调谐。这可以用于控制与保罗阱中的捕获场的相互作用以及离子之间的偶极相互作用。因此,被捕获的里德伯离子提供了一个有吸引力的替代快速纠缠操作相比,介导的正常模式的被捕获的离子,这是有利的未来的量子计算机或量子模拟器。
2020-07-26 physics.atom-ph quant-ph
Entangling Atoms in Photonic Crystals
提出了一种在光子晶体中实现二能级原子系统纠缠的方法。假设原子在光子晶体的空穴区域中运动。原子之间的相互作用通过缺陷模或通过共振偶极-偶极相互作用来介导。我们证明了这些相互作用可以产生纯纠缠原子态。我们分析的问题与现有的光子晶体和里德伯原子的典型参数。我们证明了原子可以从处于纠缠态的光子晶体中产生。根据晶体的线性尺寸和它们的速度,纠缠的原子可以分开几十厘米。
1999-01-26 quant-ph
Implementing a neutral-atom controlled-phase gate with a single Rydberg pulse
人们可以通过利用里德堡封锁来实现快速的两量子比特纠缠门。虽然已经提出了各种理论方案,但由于实验的限制,实验人员还没有能够证明高保真度的双原子门。我们提出了一种新的方案,它只使用一个单一的里德堡脉冲照射两个原子,中性原子控制相位门的建设。与现有的方案相比,我们的方法更容易实现,既不需要单独寻址原子,也不需要绝热过程。利用基于实际实验场景估计的参数,可以实现高于0.99的门保真度。
2016-02-24 quant-ph
Quasi-Contact Forces with Resonant Range Control in Rydberg Atoms
本文提出利用共振驱动里德伯阶梯系统中的相互作用诱导共振,构造尖锐局域、MHz强度且实验可调的准接触势,为并行纠缠门和可定制连通性的晶格哈密顿量模拟提供新途径。
2025-07-23 physics.atom-ph quant-ph
Analysis of heralded higher-fidelity two-qubit entangling gates with self-correction
本文提出了一种基于自纠错和投影的 heralded 超高保真度 Rydberg blockade Controlled-PHASE 门,通过 PT 变换对称性处理实验不完美性,可将双量子比特门误差降至 $10^{-4}$--$10^{-6}$ 水平。
2025-01-24 cs.AR physics.atom-ph quant-ph
Benchmarking discrete truncated Wigner approximation and neural network quantum states with the exact dynamics in a Rydberg atomic chain
本研究以10原子里德堡链的精确动力学为基准,对比DTWA与基于受限玻尔兹曼机的NQS,发现强相互作用下DTWA偏差明显,NQS可通过增加隐藏自旋优化但仅适用于短时,其时间平均激发数与精确值高度吻合,且在量子关联计算上更具潜力。
2024-03-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fast atom-photon entangling gates with a superconducting coplanar waveguide
超导共面波导中原子与微波光子之间的纠缠可以实现量子混合器件以及静态和飞行量子比特的接口。本文研究了在超临界阱附近囚禁的中性原子和超临界阱中的微波模之间的一步控制Z ~(C $_{\text{Z}}$)门,它是[J. D. Pritchard等人,A 89,010301(R)(2014)]。门协议是简单的,并且需要一个激光脉冲来激发中性原子的基态和里德伯态之间的跃迁。
2022-12-13 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Characterizing large-scale quantum computers via cycle benchmarking
量子计算机有望比数字计算机更有效地解决某些问题。实用的量子计算面临的一个主要挑战是表征和减少在大规模处理器上运行的算法期间积累的各种错误。目前的表征技术无法充分考虑指数级的大量潜在误差,包括串扰和其他相关噪声源。在这里,我们开发了循环基准测试,这是一种严格且实际可扩展的协议,用于表征多量子比特量子处理器的局部和全局错误。我们通过在离子阱量子计算机上量化非纠缠和纠缠操作中的此类错误,实验证明了其实用性,其中最多10个量子位,多量子位纠缠门的总过程可靠性范围从2个量子位的99.6(1)%到10个量子位的86(2)%。此外,循环基准测试数据验证了每个单量子位门和每个双量子位耦合的错误率不会随着系统尺寸的增加而增加。
2019-02-22 quant-ph
A Rydberg atom array coupled to a high-cooperativity optical cavity
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);Challenge Institute for Quantum Computation, University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校量子计算挑战研究所);Columbia University(哥伦比亚大学);Oratomic
本研究将里德伯光镊阵列耦合至高协同度光腔,抑制腔致电场干扰,实现了快速高保真度的基态-里德伯态读取与集体光-原子散射控制,为相关量子技术应用开辟了新途径。
2026-10-19 physics.atom-ph quant-ph
Prospects for fast Rydberg gates on an atom chip
原子芯片是一个有前途的候选人,为量子信息处理提供了一个通用的一组门可以实现高保真度的可扩展架构。实现普适性的困难部分是纠缠的双量子比特门。我们考虑一个里德堡相位门的两个原子被困在一个芯片上,并采用最优控制理论找到最短的门,仍然产生一个合理的门误差。我们的参数对应于尚未达到里德堡封锁制度的情况。我们讨论了自发发射的作用和来自芯片表面的噪声对处于里德伯态的原子的影响。
2011-04-14 quant-ph
Floquet-Tailored Rydberg Interactions
本研究利用Floquet频率调制打破里德伯阻塞对原子间距的限制,实现超阻塞半径的纠缠与相干延长,还制备了近距离里德伯反阻塞态,为高性能中性原子量子处理器提供新途径。
2023-11-07 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Overcoming Stark-Shift Constraints in Phase-Controlled Rydberg Two-Qubit Gates
Universidad Complutense de Madrid(马德里康普顿斯大学);DEVCOM Army Research Laboratory(德弗科姆陆军研究实验室);Seoul National University(首尔国立大学)
该研究通过控制脉冲相位和振幅,实现高保真度的双量子位相位门,并提出两种稳健的控制方案以提高实验效果。
2026-01-04 quant-ph