Nonadiabatic quantum control of quantum dot arrays with fixed exchange using Cartan decomposition
在通常通过短程交换耦合相互作用的半导体自旋量子位中，自旋的穿梭是在远距离量子位之间产生量子操作的实用方式。虽然交换通常通过施加到栅电极的电压可调，但其最小值可能非常大，这阻碍了现有穿梭协议对此类器件的适用性，需要不同的方法。在这项工作中，我们扩展了我们以前的双点和三点系统的结果，并描述了一种方法来实现自旋穿梭在长链的量子点在一个非绝热的方式。我们利用Cartan分解成一个系统的方式更简单的问题，并使用动态不变量设计光滑的非绝热脉冲，可以实现在设备中具有适度的控制带宽。最后，我们讨论了我们的结果的扩展到二维量子点晶格上的自旋态定向穿梭固定耦合。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conveyor-mode electron shuttling through a T-junction in Si/SiGe
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Helmholtz Nano Facility (HNF)（亥姆霍兹纳米设施）；ARQUE Systems GmbH（ARQUE系统有限公司）
在Si/SiGe中通过T形交汇处实现电子穿梭，利用量子点控制实现自旋量子比特交换，为二维量子计算架构提供灵活路由方案。
2026-01-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence Protection for Mobile Spin Qubits in Silicon
Leiden University（莱顿大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；QuTech；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO)（荷兰应用科学研究组织）
通过减少磁场梯度和动态去耦技术，实现移动自旋量子比特在硅中的相干保护，提升相干时间至32μs，为可扩展的硅量子处理器提供可行方案。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient electron transfer in quantum dot chains controlled by a cubic detuning profile via shortcuts to adiabaticity
在半导体纳米结构中实现长距离、快速、精确的电荷转移是可扩展电子器件的目标之一。本文从理论上研究了具有非线性时变轮廓的电场脉冲对电子沿半导体静电量子点线性链穿梭的控制。我们表明，这种基本的非线性以及绝热技术的捷径，以高保真度加速电子转移，同时仍然保持很大的鲁棒性下自旋翻转相互作用和不均匀性的耦合链。给定的保真度可以通过控制控制脉冲的最大扫描能量和持续时间来实验性地设置
2022-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Femtosecond Laser Writing of Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
宽带隙材料中的旋光自旋缺陷在量子信息和量子传感方面有着广泛的应用前景。二维层状范德瓦尔斯材料中的自旋缺陷才刚刚开始研究。在这里，我们表明，光学寻址的自旋系综在六方氮化硼（hBN）可以产生飞秒激光照射。我们观察光学检测的磁共振（ODMR）的hBN的自旋缺陷激光照射。我们表明，在hBN中的自旋缺陷的创建强烈的影响，由飞秒激光的脉冲能量。当激光脉冲数小于几千时，脉冲数只影响缺陷的密度而不影响缺陷的类型。在适当的激光参数下，可以以高的成功概率产生自旋缺陷。我们的工作提供了一个方便的方法来创建自旋缺陷的hBN飞秒激光写入，这显示了良好的前景，量子技术。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transporting a single-spin qubit through a double quantum dot
单电子自旋通过半导体纳米结构的相干空间输运或穿梭是许多自旋电子学和量子计算应用中的重要成分。本文分析了单自旋量子比特通过半导体双量子点传输时可能产生的误差。特别是，我们考虑了与这种运输相关的泄漏误差的三个可能的来源：有限的斜坡时间，有限的自旋轨道耦合引起的量子点之间的自旋相关的隧穿速率，以及存在多个谷态。在每种情况下，我们提出了定量估计的泄漏误差，并讨论如何才能最小化。此外，我们表明，为了最大限度地减少泄漏引起的自旋相关隧道的错误，它是必要的，应用脉冲进行某些精心设计的自旋旋转。我们进一步开发了一种形式主义，允许系统地推导出脉冲形状的约束，并提出了一些例子来突出这种方法的优点。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Control and coherence of the optical transition of single defect centers in diamond
我们证明了金刚石中单个氮空位缺陷中心光学跃迁的相干控制。应用短共振激光脉冲，我们观察到光学拉比振荡的半周期短至1纳秒，一个数量级短于自发发射时间。通过研究拉比振荡的衰减，我们发现退相干主要是由激光诱导的光谱跃迁引起的。通过使用低功率探测脉冲作为失谐传感器和应用后选择，我们证明了光谱扩散可以克服在这个系统中产生相干光子。
2010-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exploring coherence of individual excitons in InAs quantum dots embedded in natural photonic defects: influence of the excitation intensity
量子少能级系统的精确光学响应关键取决于入射脉冲面积的精确选择。我们利用四波混频（FWM）光谱来推断单个InAs量子点（QD）的相干响应和动力学，并研究它们的脉冲面积依赖性。通过结合原子力显微镜与四波混频高光谱成像，我们发现，检索的四波混频信号来自于封闭在自然光子缺陷中的单个量子点。在这些缺陷中优化的光-物质耦合使我们能够在宽范围的驱动场振幅中进行研究。当改变激发激光脉冲的脉冲面积时，双脉冲四波混频技术可以解决所谓的拉比旋转问题。我们调查这些拉比旋转内的两个和三个级别的系统，从理论上和实验上，并解释其阻尼耦合到声学声子。为了突出脉冲面积影响的重要性，我们表明，声子诱导的量子点激子的退相依赖于脉冲强度。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall
Spin-coherence characterization of boron vacancy defects in hexagonal boron nitride with broadband microwave pulses
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；Tokyo University of Technology（东京都立科学技术大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（产业技术综合研究所）
研究通过宽带微波脉冲表征六方氮化硼中负电荷硼空位缺陷的自旋相干时间，揭示其相干特性并提供评估范德瓦尔薄膜中自旋缺陷相干性的有效方法。
2026-04-30 cond-mat.mes-hall
High fidelity quantum gates via analytically solvable pulses
它示出了一个家庭的解析可解脉冲可以用来获得高保真度的量子相位门与令人惊讶的鲁棒性对系统或脉冲参数的缺陷。相位门是重要的，因为它们可以实现通用量子计算的必要操作。它们特别适用于自组装量子点、捕获离子和固体缺陷等系统，因为这些系统通常由量子比特子空间之外的状态的瞬态激发来操纵。
2012-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical decoupling design for identifying weakly coupled nuclear spins in a bath
识别单电子自旋周围的弱耦合核自旋是利用耦合电子-核自旋系统实现量子信息处理或利用金刚石缺陷自旋进行单自旋核磁共振探测等传感的关键步骤。利用周期性脉冲序列对中心电子自旋的动态解耦控制[例如，Carre-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）序列]已成功地用于识别单个核自旋和解析核自旋团簇的结构。在这里，我们设计了一种新型的脉冲序列，通过用一组非均匀间隔的$π$ -脉冲替换CPMG序列的重复单元（单个$π$-脉冲）。利用金刚石中的氮空位中心系统，我们表明，设计的脉冲序列提高了核自旋噪声谱的分辨率，并提取了更多的关于周围核自旋的信息。本文提出的动态解耦设计原理在许多系统中是有用的（例如，固体中的缺陷自旋量子位、俘获离子和超导量子位）用于高分辨率噪声光谱。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room Temperature Coherent Control of Spin Defects in hexagonal Boron Nitride
具有可接近自旋态的固体中的光学活性缺陷是固态量子信息和传感应用的有希望的候选者。为了将这些缺陷用作量子构建块，需要对其自旋状态进行相干操纵。在这里，我们实现了对六方氮化硼（hBN）中硼空位（V $_B^-$）中心系综的相干控制。具体地说，通过应用脉冲自旋共振协议，我们测量的自旋晶格弛豫时间（$T_1$）18 $μ$ s和自旋相干时间（$T_2$）2 $μ$ s在室温下。自旋-晶格弛豫时间在低温下增加了三个数量级。此外，采用两个和三个脉冲的电子自旋回波包络调制（ESEEM），我们分离的四极和超精细与周围的核的相互作用。最后，通过应用一种方法将自旋状态从其不均匀的核环境中解耦-“烧孔”-光谱光学检测到的磁共振线宽显着降低到几十kHz，从而将自旋相干时间延长了三倍。我们的研究结果对于量子技术中范德华材料的使用非常重要，特别是在使用hBN作为混合量子系统的高分辨率量子传感器的背景下，包括2D异质结构，纳米级器件和新兴的原子薄磁体。
2020-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-photon pulse induced giant response in N$>$100 qubit system
大量子系统的时间动力学在单次激发的弱扰动下，可以在量子相界产生独特的现象。在这里，我们开发了一个时间相关的模型来研究单个光子与相互作用的自旋量子比特（N $>$ 100）的大系统内的缺陷相互作用的时间动力学。我们的模型预测了一种新的量子资源，巨磁化率，当量子比特系统被设计成模拟一阶量子相变（QPT）。我们证明了在大量子比特系统中，一个工程缺陷对单光子脉冲的吸收可以通过自旋噪声读出来实现Single Shot量子测量。这种单次触发检测事件（“点击”）的概念不同于需要重复测量的参数估计。放大弱量子信号的关键步骤是将缺陷耦合到一个偏置接近QPT点的相互作用量子比特系统。在量子点转移过程中，长程序的宏观变化产生放大的磁噪声，它可以被经典的装置读出。我们的工作为研究大量子系统与单光子脉冲相互作用的时间动力学铺平了道路。
2020-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Observation and mitigation of microwave echoes from dielectric defects in Josephson traveling wave amplifiers
本研究观测到约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）在高功率脉冲序列驱动超动态范围时出现的微秒级相干回波，归因于介质层微观缺陷，提出BLAST技术抑制回波并快速恢复性能，为扩展其应用及原位表征介质损耗提供支持。
2025-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Two-qubit quantum gates for defect qubits in diamond and similar systems
我们提出了一种快速，可扩展的全光学设计，用于金刚石（NV中心）和碳化硅中的缺陷量子位的任意两个量子位操作，这是室温量子计算的有前途的候选者。量子比特之间的相互作用是通过微腔光子进行的。该方法使用来自通过光学控制激活的较高能量激发态的相长干涉。在这种方法中，腔模式保持与用于初始化和读出的直接可访问的光学跃迁非共振。所有的量子操作都是由近共振的窄带宽光脉冲控制的。我们进行全量子数值模拟的建议门，并表明高保真度的操作可以获得现实的参数。
2013-10-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Defect engineering of silicon with ion pulses from laser acceleration
缺陷工程是经典电子器件开发和新兴量子器件的基础。在这里，我们报告的缺陷工程的硅单晶与离子脉冲从激光加速器的离子通量水平高达10^22离子/平方厘米/秒。来自激光箔靶的等离子体膨胀的低能离子被注入到表面附近，然后扩散到由高能离子局部预热的硅样品中。我们观测到的低能离子注量约为10^16 cm^-2，比高能（MeV）离子的注量高4个数量级。在最高能量沉积的区域中，硅晶体从单离子脉冲剥落。色心，主要是W和G-中心，直接响应于离子脉冲而形成，而无需随后的退火步骤。我们发现，G-中心的线宽增加的高离子通量的区域远远超过W-中心的线宽，符合密度泛函理论计算的电子结构。激光离子加速产生高能量和低能量离子的对准脉冲，其扩展用于半导体的缺陷工程和掺杂的参数范围，具有离子通量、损伤率和局部加热的可调平衡。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Graphane with carbon dimer defects: Robust in-gap states and a scalable two-dimensional platform for quantum computation
我们研究了缺陷石墨烷晶格的能级结构，其中碳二聚体缺陷是通过去除两个最近邻碳位点上的氢原子而产生的。在石墨烷的体绝缘间隙内出现了鲁棒的缺陷态。而对于化学计量半填充系统，有两个双简并缺陷能级，有四个非简并和自旋极化的间隙缺陷能级在系统中，一个电子小于半填充。通过光脉冲和\emph{ac}磁场触发缺陷态之间的共振跃迁，可以在缺陷石墨烷晶格中实现通用的量子门集合。占据和空的间隙状态之间的相当大的能量分离使得能够在室温下进行精确控制。带隙态的空间局域性意味着极高面密度的量子比特网络。基于这些结果，我们提出，石墨烯作为一个独特的平台，可以用来构建未来的通用量子计算机。
2019-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamics of topological defects after a photo-induced melting of a charge-density wave
固体中的电荷密度波序可以被强激光脉冲暂时“熔化”。在这里，我们使用离散的Gross-Pitaevskii方程的立方晶格模拟CDW长程相位相干性的恢复，这样的脉冲。我们的模拟表明，恢复过程显着放缓的三维拓扑缺陷- CDW位错-创建作为一个结果，强烈的非平衡加热和冷却的系统。总的来说，模拟CDW恢复被发现是显着的联想到最近的泵浦探测实验在碲$_3$。
2022-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Influence of Disorder on Exciton Transfer in a Quantum Dot Chain with Short-Range Interaction and a Side-Coupled Defect
Voronezh State University（沃罗涅日国立大学）
研究量子点链中短程相互作用及侧耦合缺陷情况下无序对激子转移的影响，通过模型哈密顿量分析激发动力学及相变边界。
2026-02-14 cond-mat.mes-hall
Surface code architecture for donors and dots in silicon with imprecise and nonuniform qubit couplings
在硅中具有施主自旋的缩放量子计算机将受益于可行的半导体框架和量子位与噪声环境的强固有解耦。根据当前设计，通过自然交换相互作用耦合相邻自旋需要具有极小长度尺度的栅极控制结构。我们提出了一种硅结构，其中具有长相干时间的铋供体耦合到可以在相邻量子点之间穿梭的电子，从而放松了间距要求，并允许经典控制设备的供体之间的空间。每个供体/点对内的绝热SWAP操作解决了基于交换的双量子位门固有的可扩展性问题，因为它不依赖于供体放置的亚纳米精度，并且对控制场中的噪声具有鲁棒性。我们使用这种SWAP与完善的全球微波拉比脉冲和并行电子穿梭，以构建一个表面码，需要最小的，可行的本地控制。
2016-02-22 cond-mat.mes-hall
Dynamical suppression of fluctuations in an interacting nuclear spin bath of a self-assembled quantum dot using multiple pulse nuclear magnetic resonance
量子点中的电子自旋量子比特相干性最终受到随机核自旋浴涨落的限制。在这里，我们的目标是消除这种随机性，使纺丝浴演变确定性。我们引入自旋浴控制序列，系统地结合哈恩和固体回声，以抑制非均匀加宽和核-核相互作用。对自组装量子点的实验表明，核自旋相干性增加了五倍。数值模拟表明，这些序列可以用来抑制点缺陷和掺杂自旋系统中通过量子位-量子位相互作用引起的退相干。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall
High resolution spectroscopy of single NV defects coupled with nearby $^{13}$C nuclear spins in diamond
本文利用脉冲电子自旋共振谱系统地研究了金刚石中单个氮空位（NV）缺陷的电子自旋与附近$^{13}$ C核自旋之间的超精细相互作用。我们分离出一组离散值的超精细耦合强度范围从14 MHz到400 kHz，并对应于$^{13}$ C核自旋放置在不同的晶格位置的金刚石矩阵。对于每个晶格位置，超精细相互作用进一步研究通过核自旋极化测量和通过研究超精细分裂的磁场依赖性。这一工作为金刚石中基于核自旋的量子寄存器的发展提供了相关信息。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall
High resolution structural characterisation of laser-induced defect clusters inside diamond
超短脉冲激光写入技术为在金刚石内部制作三维导线、波导和缺陷提供了一条潜在的途径。我们提出了一个透射电子显微镜（TEM）研究的内在结构的激光修改，并揭示了一个复杂的分布缺陷。电子能量损失谱（EELS）表明，大部分的照射区域仍然作为$sp^3$结合的金刚石。导电路径归因于多个纳米尺度的$sp^2$结合的石墨线和应变消除微裂纹的网络的形成。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Degradation Mechanism of Perovskite under High Charge Carrier Density Condition
广泛的研究集中在低载流子密度（<10^16 cm^-3）下钙钛矿的降解，但很少调查高载流子密度（~10^18 cm^-3）下的降解机理。在这里，我们研究了高载流子条件下钙钛矿的降解机制。与以前的工作中的观察，我们发现，MAPbI 3的退化开始在表面缺陷和进展从表面缺陷向邻近区域的高载流子密度条件下。通过使用PbI 2钝化，缺陷引发的降解被显著抑制，并且纳米片以逐层方式降解，使得MAPbI 3激光器能够持续4500 s（2.7*10^7脉冲），这几乎是未钝化的纳米片激光器的3倍长。同时，具有纳米片腔的PbI 2钝化MAPbI 3纳米片激光器显示出高达~7800的最大品质因数，这是所有MAPbI 3纳米片腔报道的最高品质因子。此外，基于双重钝化策略，通过同时延缓缺陷引发的降解和表面引发的降解，证明了可以持续8500 s（5.1*10^7脉冲）的高稳定性MAPbI 3纳米片激光器。这项工作为理解高载流子密度下钙钛矿的降解提供了深入的见解。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wide-field dynamic magnetic microscopy using double-double quantum driving of a diamond defect ensemble
宽场磁测量可以通过对金刚石氮空位（NV）中心系综的光学检测磁共振成像来实现。然而，NV系综不均匀性显着限制了这些测量的磁场灵敏度。我们展示了双双量子（DDQ）驱动技术，以促进宽场磁成像的动态磁场在微米尺度上。DDQ成像采用四音射频脉冲来抑制NV共振响应的不稳定性引起的变化。作为一个证明的原则，我们使用的DDQ技术的图像的直流磁场所产生的单个DNA分子拴在钻石传感器表面的磁性纳米粒子。这证明了金刚石NV系综系统在高帧率磁显微镜以及单分子生物物理学应用中的功效。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
