Ultrafast control of nuclear spins using only microwave pulses: towards switchable solid-state quantum gates
我们证明了控制的α-质子核自旋，I=1/2，耦合到稳定的自由基CH（COOH）2，S=1/2，在γ-辐照丙二酸单晶，仅使用微波脉冲。我们证明了，依赖于电子自旋mS=+/-1/2的状态，核自旋可以被锁定在一个期望的状态，或者在纳秒时间尺度上在mI=+1/2和mI=-1/2之间振荡.这种方法提供了一种快速有效的控制核自旋量子比特的方法，并且还使得能够通过仅寻址电子自旋来设计可切换的基于自旋的量子门。
2009-10-13 quant-ph
Arbitrary Nuclear Spin Gates in Diamond Mediated by a NV-center Electron Spin
我们提出了一个协议，实现任意的N-量子位之间的相互作用的核自旋，并可以直接测量核多体自旋通过适当地使核自旋与氮空位（NV）中心电子自旋相互作用。该方法利用最近推出的动态解耦技术，并表明，对电子自旋的行动是足够的，充分利用核自旋作为强大的量子寄存器。我们的协议是通用的，适用于其他核自旋为基础的平台与电子自旋缺陷作为调解人的情况下，碳化硅。
2017-09-12 quant-ph
Quantum gates using electronic and nuclear spins of Yb$^{+}$ in a magnetic field gradient
提出了一种有效的方案进行门操作的阵列上捕获的Yb $^+$离子，根据以前的建议，使用电子和核自由度的磁场梯度。为此，我们考虑Paschen-Back制度（强磁场），并采用高场近似在这种治疗。我们表明，通过适当地交换电子和核自旋之间的状态来抑制电子自旋之间不必要的耦合的可能性。讨论了产生所需高磁场的可行性。
2011-09-10 quant-ph
Sharp reversals of steady-state nuclear polarisation as a tool for quantum sensing
弱耦合到NV中心的核自旋的极化动力学对微波控制和核拉莫尔频率的参数高度敏感。通常被认为是一个挑战，我们在这里提出作为量子传感的资源。通过在合适的设置中改变单个实验参数，即，拉比频率的连续微波驱动或核拉莫尔频率，我们预测的核自旋的稳态极化周期性逆转。至关重要的是，电子和核自旋的横向和纵向偶极相互作用之间的干扰导致核自旋在核拉莫尔频率仅几十Hz的变化内出现非常尖锐的稳态极化反转。我们的方法是特别强大的缺陷，如退相干的电子自旋和传感器的频率分辨率是不受限制的相干时间$T_2$的电子传感器。
2018-10-23 quant-ph
Numerical simulation of a Controlled-Controlled-Not (CCN) quantum gate in a chain of three interacting nuclear spins system
我们提出了一个量子控制-控制-非门的研究，实现在一个链的三个核自旋弱伊辛相互作用之间的所有这些，也就是说，考虑到第一和第二邻居自旋相互作用。该实现是在系统的初始状态（数字和叠加）上使用单个谐振$π$脉冲来完成的。保真度参数用于确定CCN量子门作为第二近邻相互作用耦合常数与第一近邻相互作用耦合常数之比（$J'/J$）的函数的行为。我们发现，对于$J'/J\ge 0.02$，我们可以有一个定义良好的CCN量子门。
2006-08-28 quant-ph
Modular magnetic field on the z-direction on a chain of nuclear spin system and quantum Not and Controlled-Not gates
我们研究了一维固体核自旋链系统中单个量子比特的旋转和受控非门的模拟，该系统通过与z方向磁场的模分量的Ising型相互作用进行弱相互作用，其特征为$B_z(z,t)=Bo(z)\cosδt$ .这些量子比特受到电磁脉冲的影响，这些电磁脉冲决定了一个或两个量子比特系统中的跃迁。我们使用保真度参数来确定作为频率参数$δ$的函数的非（N）门和受控非（CNOT）门的性能。我们发现，对于$|δ|\le 10^{-3} MHz$，这些门仍然具有良好的保真度。
2012-03-02 quant-ph
Quantum Sensing Enhancement through a Nuclear Spin Register in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
本文综述了利用金刚石NV中心中核自旋寄存器延长电子自旋相干时间以增强量子传感灵敏度的机制、协议变体及其在核自旋光谱、原子成像和磁传感中的应用，并讨论了挑战与前景。
2025-07-19 quant-ph
Compressed sensing quantum process tomography for superconducting quantum gates
我们采用压缩感知（CS）量子过程层析（QPT）方法来表征基于超导Xmon和相位量子比特的量子门。使用两个量子比特控制Z门的实验数据，我们得到了一个估计的过程矩阵$χ$与充分的QPT相比，具有相当高的保真度，但使用显着减少的初始状态和测量配置。我们表明，CS方法仍然工作时，所使用的数据量是如此之小，标准的QPT将有一个欠定系统的方程。我们还将CS方法应用于分析具有数值增加的噪声的三量子比特Toffoli门，并且同样表明该方法对于大幅减少的数据集效果良好。对于CS计算，我们使用两个不同的基地，其中的过程矩阵$χ$是近似稀疏的，并显示所得到的估计的过程矩阵相匹配的每一个具有合理的高保真度。对于两个量子比特和三个量子比特门，我们不仅通过其过程矩阵和保真度来表征量子过程，而且还通过相应的标准差来表征，标准差通过不同初始状态的状态保真度的变化来定义。
2014-07-03 quant-ph
Quantum control and sensing of nuclear spins by electron spins under power limitations
以核自旋的频率测量或频率寻址为目标的现有技术量子传感实验需要以目标频率驱动探针系统。此外，在高磁场的区域中进行这些实验有很大的优点，其中所测量的自旋的拉莫尔频率很大。在这种情况下，当探头系统不能被设置为与目标频率谐振时，我们面临着控制具有非常高频率的目标系统的自然挑战。在这方面的贡献，我们提出了一组协议，能够面对这一挑战，即使在大的频率失配之间的探针系统和目标系统，无论是偏振和量子传感。
2019-03-31 quant-ph
Quantum Logic Gates and Nuclear Magnetic Resonance Pulse Sequences
我们演示了如何在原则上可以使用NMR来实现构建量子计算机所需的所有元素，并简要讨论了量子逻辑的见解在开发新型脉冲序列中的潜在应用，以及在更传统的NMR实验中的应用。
1998-05-22 quant-ph
Ultrafast entangling gates between nuclear spins using photo-excited triplet states
电子和原子核自旋中的信息表示在量子计算机的持续发展中一直很强大。虽然核自旋由于其长的相干寿命（超过秒）而具有作为量子比特（量子比特）的优势，但它们表现出非常缓慢的自旋相互作用并且具有弱极化。耦合的电子自旋可以用来极化核自旋并创建快速的单量子比特门，然而，电子自旋的永久存在是核退相干的来源。在这里，我们展示了如何瞬态电子自旋，所产生的光激发三重态的C60，可以用来超极化，操纵和测量两个附近的核自旋。我们利用电子的旋量性质实现了一个方案，在数百纳秒内完成了一个纠缠门：比液态J耦合快了五个数量级。这种方法可以广泛应用于包括耦合到多个核自旋的电子自旋的系统，例如NV中心，而瞬态电子自旋的成功使用促使能够利用光激发三重态的新分子的设计。
2012-01-23 quant-ph
Microwave Gaussian quantum sensing with a CNOT gate receiver
本文提出一种基于连续变量CNOT门的量子照明接收机，通过零差测量和平方律探测器实现联合测量，在微波量子传感中优于现有方案并可推广至光学领域。
2023-07-04 quant-ph
Real-time adaptive sensing of nuclear spins by a single-spin quantum sensor
量子传感被认为是量子信息中最有前途的子领域之一，以在现实世界的应用中提供实用的量子优势。然而，其令人印象深刻的能力，包括高灵敏度，往往受到有限的量子资源的阻碍。在这里，我们将预期信息增益（EIG）和加速计算等技术纳入贝叶斯实验设计（BED），以便更有效地使用量子资源。一个模拟的金刚石中的氮空位中心被用来演示床的实时操作。EIG不是启发式方法，而是用于实时选择最佳控制参数。此外，将BED与加速计算和异步操作相结合，我们发现在感测多个周围的C13核自旋时，可以实现绝对时间成本的十倍加速。我们的工作探讨了将EIG应用于基于BED的量子传感任务的可能性，并提供了将BED集成到更广义的量子传感系统中的有用技术。
2023-02-16 quant-ph
Unambiguous nuclear spin detection using engineered quantum sensing sequence
在噪声环境中感测、定位和识别单个核自旋或信号的频率分量需要开发鲁棒的和选择性的动态解耦方法。在这种情况下仍有待解决的一个重要挑战是当前动态去耦序列中的杂散高阶共振，因为它们可能导致对核或外部信号的不同频率分量的错误识别。在这里，我们克服了这一挑战与工程量子传感序列，实现增强的鲁棒性和更高的阶谐波共振的同时抑制。我们证明实验的原则，使用一个单一的氮空位中心自旋传感器，我们适用于明确的检测外部质子。
2017-11-08 quant-ph
Selective nuclear-spin interaction based on a dissipatively stabilized nitrogen-vacancy center
目前实现核-核量子门的典型方法需要通过使用动态解耦技术来实现一系列电子-核量子门，由于室温下NV自旋的退相干和弛豫时间短，因此动态解耦技术在低温下实现。这种限制可以通过使用NV自旋的周期性重置作为两个核自旋之间相互作用的介质来克服[Chen，Schwarz和Plenio，119，010801（2017）]。然而，这种方法需要严格的耦合强度条件，这使得它不适用于异质量子门操作。在这里，我们开发了这个方案，通过使用射频（RF）场来控制不同的核自旋物种。NV中心的周期性重置保护核自旋免于NV自旋的退相干和弛豫。RF控制提供了在异质自旋之间具有高选择性和高保真度量子门以及通过在环境条件下使用核自旋传感器来检测核自旋的可能性。
2022-01-05 quant-ph
Quantum memory assisted precision rotation sensing
我们建议通过采用多体量子自旋系统来实现固态旋转传感器，该多体量子自旋系统利用了电子自旋的易控制性和集体核自旋态提供的鲁棒性。该传感器由一个中心电子自旋耦合到许多周围的核自旋。以前，这种中心自旋系统被认为可以实现量子存储器。在这里，我们进一步利用集体核自旋，它存储了一定的量子态，以检测宏观旋转。与其他基于核自旋的陀螺仪不同的是，我们的方案不直接通过核磁共振技术操纵核自旋。我们分析和数值研究的影响，部分核极化和退相干的灵敏度。我们还简要介绍了通过量子存储技术在核自旋之间产生纠缠以及利用这种纠缠来提高传感性能的过程。我们的建议铺平了道路，实验实现一个紧凑的固态，全电和自旋陀螺仪。
2020-01-08 quant-ph
Quasi non-Markovian approach to the study of decoherence of a controlled-not quantum gate in a chain of few nuclear spins quantum computer
在弱耦合近似下，建立了一个准非马尔可夫主方程，研究了由三个核自旋组成的具有第二近邻Ising相互作用的线性链系统构成的量子计算机模型中受控非（CNOT）量子门运行时的退相干现象.我们比较与马尔可夫对应的温度不同，从零（热化）和在零温度下的低和高耗散率的行为。在低耗散有一个非常小的差异之间的马尔可夫和准非马尔可夫在任何温度下，这是不可能被测量，并在高耗散有一个差异，这是可能在任何温度下测量。
2012-06-07 quant-ph
Robust optical readout and characterization of nuclear spin transitions in nitrogen-vacancy ensembles in diamond
金刚石中的核自旋系综是量子传感应用的有希望的候选者，包括旋转传感。在这里，我们进行了表征的光学检测核自旋跃迁与金刚石氮空位（NV）中心内的14 N核自旋。我们观察到核自旋相关的荧光与光学检测到的14 N核拉比振荡的NV电子自旋的对比度。利用Ramsey谱，我们分别研究了77.5-420 K和350-675 G范围内核自旋跃迁的温度和磁场依赖性。在T=297 K时，d |Q| /dT=-35.0（2）Hz/K。这里报告的温度和磁场依赖性对于旋转传感等量子传感应用以及潜在的量子信息处理应用很重要。
2019-12-31 quant-ph
Fast Room-Temperature Phase Gate on a Single Nuclear Spin in Diamond
由于与环境的弱耦合，核自旋支持长寿命的量子相干性，但是由于小的核磁矩，使用核磁共振（NMR）难以快速控制。我们在金刚石中的氮空位（NV）中心固有的14 N核自旋量子比特上证明了~ 500 ns的快速核自旋相位门。相位门是通过超精细相互作用和电子自旋跃迁的非共振驱动来实现的。相位门的反复应用使核自旋与环境解耦，锁定自旋状态长达~ 140微秒。
2014-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Heterodyne Sensing of Nuclear Spins via Double Resonance
纳米级核磁共振（NMR）信号可以通过与顺磁电子传感器自旋的超精细相互作用来测量。外差方法被广泛用于克服电子自旋寿命限制的光谱分辨率。它使用一系列修改的哈恩回波脉冲序列与进动信号相干地应用，从而产生二次采样的NMR信号。由于应用高电子拉比频率的挑战，其应用限于低场，因此该方法的全部潜力尚未在高磁场下开发，这对NMR有利。在这里，我们提出了外差检测利用一系列的相位相干电子核双共振传感块，扩展纳米级NMR协议，以任意磁场。我们证明了这一原则上的一个单一的NV中心，无论是与内在的$^{14}$ N和每周耦合$^{13}$ C核自旋浴周围的单一NV中心。我们比较我们的协议，现有的外差协议，并讨论其前景。这项工作铺平了道路，高场纳米外差NMR协议与NV中心，这是至关重要的减少样品体积和提高化学分辨率。
2022-05-20 quant-ph
NMR Quantum Computation with a hyperpolarized nuclear spin bulk
我们考虑两种新的量子门机制的基础上核自旋在超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和无机半导体。我们提出了两个方案，用于实现一个控制的非（CNOT）门的基础上核磁共振（NMR）光谱和磁共振成像（MRI）从超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和光泵NMR半导体。这样的门可以基于MRI技术和光学泵浦以及光学检测技术利用可寻址的特定自旋来构建。这些方案对于在元胞自动机架构方面实现实际的量子计算机可能是有用的。
1998-11-19 quant-ph
Quantum Fourier transform for quantum sensing
量子傅里叶变换（$QFT$）是大量量子算法的关键组成部分。尽管其效率已被证明，但只有少数原理证明演示被报道。在这里，我们利用$QFT$来提高量子传感器的性能。我们实现了$QFT$算法在一个混合量子寄存器组成的氮空位（NV）中心电子自旋和三个核自旋。$QFT$在核自旋上运行，用于处理传感器- NV电子自旋信号。我们证明了$QFT$的量子（自旋）和经典信号（射频（RF））与海森堡有限的精度缩放。我们进一步展示了应用$QFT$对两个不同目标核自旋的核磁共振（NMR）信号进行解复用。我们的研究结果标志着一个复杂的量子算法在传感，这是特别感兴趣的高动态范围量子传感和纳米级NMR光谱实验中的应用。
2020-08-21 quant-ph
Sensing of single nuclear spins in random thermal motion with proximate nitrogen-vacancy centers
金刚石中的氮空位（NV）中心已经成为检测和极化自旋的有价值的工具。在化学，生物学和医学的潜在应用的动机，我们表明，基于NV的传感器能够检测单自旋目标，即使他们在周围的热环境中进行扩散运动。专注于实验相关的扩散制度，我们推导出一个有效的模型的NV-目标相互作用，进入模型的参数是从目标运动的数值模拟。我们的方法的实用性通过分析两个现实的实验方案证明：（i）时间分辨传感的氟核自旋绑定到N-杂环卡宾-钌（NHC-Ru）催化剂，固定在金刚石表面和（ii）检测电子自旋标记的NV中心在纳米金刚石，都连接到一个振动的趋化因子受体在热运动。我们发现，特别是从NHC-Ru载体分子的氟目标的脱离可以监测与几秒钟的时间分辨率。
2016-03-09 quant-ph
Radio-frequency capacitive gate-based sensing
发展快速、准确和可扩展的量子态读出技术是基于光子晶体的量子计算的一个活跃领域。在这里，我们提出的硅角态量子点耦合到集总元件电谐振器通过栅极的色散传感的结果。量子器件的栅极电容被配置为与超导螺旋电感器并联，从而产生具有400-800范围内的加载Q因子的谐振器。对于工作在330 MHz的谐振器，我们实现了7.7 $μ$ e $/\sqrt{\text{Hz}}$的电荷灵敏度，并且当工作在616 MHz时，我们得到1.3 $μ$ e $/\sqrt{\text{Hz}}$。我们进行的谐振器的参数研究，以揭示其最佳的工作点，并进行电路分析，以确定最佳的谐振器设计。结果将基于栅极的感测与最佳报道的射频单电子晶体管灵敏度相提并论，同时为量子态读出提供了快速且紧凑的方法。
2018-01-29 physics.app-ph quant-ph
Long-range photon-mediated gate scheme between nuclear spin qubits in diamond
金刚石中的缺陷中心是特殊的固态量子系统，可以具有极长的电子和核自旋相干时间。到目前为止，氮核自旋的单量子比特门，具有氮空位（NV）中心电子自旋的双量子比特门，以及附近氮核自旋之间的纠缠已经得到证明。在这里，我们开发了一个在两个遥远的氮核自旋之间实现通用双量子比特门的方案。虚拟激励的NV中心，嵌入在一个光学腔可以散射激光光子进入腔模式，我们表明，这个过程取决于核自旋状态的氮原子。如果两个NV中心同时耦合到公共腔模式并单独激发，则虚腔光子交换可以调解核自旋量子位之间的有效相互作用，其取决于两个核的自旋状态，这实现了通用的受控$\textit{Z}$门。我们预测操作时间低于100纳秒，这比钻石中核自旋量子比特的退相干时间快几个数量级。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental implementation of quantum gates with one and two qubits using Nuclear Magnetic Resonance
核磁共振（NMR）是一种广泛使用的技术，在化学、医学和材料科学中有着悠久的应用历史。20年前，自从科里的工作以来，它也成为量子计算的可靠来源。它的主要优点之一是可以实现任意幺正变换的容易性，以及它的实验简单性，可以追溯到非常简单的NMR例程，这些例程在很久以前就被广泛使用。然而，一些缺点也随之而来，主要涉及到在初始化和测量过程中的实验工作，以及可扩展性。在这项工作中，我们已经成功地探测了一些简单的量子门（保利-Z，保利-X和阿达玛）在一个和两个量子比特系统，实现在NMR实验。这项工作包括伪纯态准备，其次是应用门，和量子层析成像方法，必要的重建密度矩阵。实验用氯仿样品进行，置于300 MHz Bruker Avance II光谱仪中，该光谱仪配备有具有7 T磁场的超导磁体。
2021-02-23 quant-ph
Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2
针对自旋为1/2电子系统中核自旋控制选择性受限的问题，提出动态解耦射频（DDRF）门方法，利用金刚石锡空位中心电子实现核自旋改进控制及72(3)%保真度的纠缠，为多量子比特实验提供基础。
2024-09-23 quant-ph
Pulse sequences for controlled 2- and 3-qubit gates in a hybrid quantum register
我们提出并证明了一个量子控制方案的混合量子寄存器，可以减少操作时间，因此放松的影响，相比现有的实现。它将共振激发脉冲与量子比特系统的内部哈密顿量下的自由进动周期相结合。我们用这个方案实现了类似于金刚石中氮空位中心的电子和核自旋的受控非操作的量子门。作为一个具体的应用，我们在电子和核自旋量子比特之间转移布居，并使用它来测量具有多个耦合自旋的系统中的核自旋的拉比振荡。
2018-06-21 quant-ph
Proposal for Quantum Sensing Based on Two-Dimensional Dynamical Decoupling: NMR Correlation Spectroscopy of Single Molecules
核磁共振（NMR）具有巨大的应用。二维核磁共振是表征原子核和分子结构之间相关性的基本技术。为了实现单分子核磁共振的最终目标，动态去耦合（DD）增强金刚石量子传感使单核自旋和纳米级核磁共振的检测成为可能。然而，在基于DD的量子传感中仍然缺乏标准方法来表征单个分子中核自旋之间的相关性。在这里，我们提出了一种基于二维DD的量子传感方案，作为一种通用的单分子相关光谱方法。我们设计了由两组不同周期的周期DD序列组成的二维DD序列，它们可以独立设置以匹配两个不同的共振DD跃迁频率。我们发现，在共振DD条件下，传感器相干斑图作为两个独立的DD双光子脉冲数的函数，可以完全确定核自旋跃迁之间不同类型的关联。这项工作提供了一个系统的方法，相关光谱的单分子NMR。
2016-11-24 quant-ph
Sensing remote nuclear spins
感测单个核自旋是基于磁共振的成像技术中的中心挑战。尽管不同的方法，特别是基于金刚石缺陷的传感和成像技术在原理上已经显示出足够的灵敏度，但来自单个核自旋的信号通常太弱而不能与背景噪声区分开。在这里，我们提出了远程单C-13核自旋嵌入在核自旋浴周围的氮空位中心的单电子自旋在金刚石的检测和识别。通过对中心电子自旋的动力学解耦控制，来自位于中心~3 nm处的单个核自旋的~10 nT的弱磁场被放大和检测，其中超精细耦合弱至~500 Hz。证实了耦合的量子性质，并确定了核场的精确位置和矢量分量。考虑到核磁场可以被检测到的距离，该技术标志着朝着在金刚石传感器外部成像、检测和控制核自旋物质迈出了坚实的一步。
2012-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Geometric pathway to scalable quantum sensing
纠缠资源使得量子传感能够实现海森堡标度，这是对标准量子极限的二次改进，但是在存在退相干的情况下制备大尺度纠缠态是具有挑战性的。我们提出了一种利用高度非线性几何相位门的量子控制策略来制备自旋系综上的纠缠态，这种纠缠态可用于实际的精密计量。该方法使用$N$自旋到共同玻色子模式的色散耦合，并且不需要可寻址性、特殊失谐或自旋之间的相互作用。使用在置换对称状态的子空间上执行Grover算法的控制序列，可以使用$O(N^{5/4})$几何相位门来准备目标纠缠资源状态。控制操作的几何闭合路径确保门对模式的初始状态不敏感，并且序列具有内置的动态解耦，从而提供对失相误差的弹性。
2020-11-09 quant-ph
Towards quantum error correction with two-body gates for quantum registers based on nitrogen-vacancy centers in diamond
Universität Ulm（乌尔姆大学）
针对金刚石NV中心量子计算硬件，提出确定自适应XY序列生成两体门最优执行时间的方法，平衡保真度与速度，并利用核自旋环境实现色心寄存器内的量子纠错编码。
2025-03-03 quant-ph
Universal Quantum Control in Zero-field Nuclear Magnetic Resonance
本文描述了一种在零磁场中操纵核自旋的一般方法。在没有磁场的情况下，自旋失去了化学位移的个体信息，并且不等价的自旋只能通过核旋磁比和自旋-自旋耦合来区分。对于具有不同旋磁比的自旋1/2核（即，不同的物种）在零磁场中，我们描述了实现一组通用量子逻辑门的方案，例如，任意单量子位门和双量子位受控非门。这种方法允许系统中的通用量子控制，这可能在材料科学、化学、生物学、量子信息处理和基础物理学中提供有前途的应用。
2017-05-05 quant-ph
Nonlinear Signal Distortion Corrections Through Quantum Sensing
精确的门生成对于量子系统的精确控制至关重要。产生的门通常遭受线性和非线性失真。以前的工作已经演示了如何使用量子位来校正线性频率失真，但没有评论如何处理非线性失真。这是一个重要的问题，因为我们表明，射频电子的非线性幅度失真可以影响拉比脉冲高达10%。我们目前的工作，演示了如何transmon量子位可以被用作一个高灵敏度的低温探测器来表征这些非线性振幅失真。我们表明，在700 MHz的范围内，校正可以将这些误差降低到<1%。这种校正技术提供了一种方法，以尽量减少信号失真的影响，并可以很容易地应用到宽带控制脉冲，以产生更高保真度的任意量子门。
2020-10-27 quant-ph
Simultaneous reconstruction of quantum process and noise via corrupted sensing
Key Laboratory of Advanced Optoelectronic Quantum Architecture and Measurement (MOE), School of Physics, Beijing Institute of Technology（北京理工大学物理学院先进光电量子架构与测量教育部重点实验室）
本文提出了一种在存在受损噪声的情况下同时重建量子过程和噪声的框架，通过 Choi-状态和过程-矩阵表示实现高效量子门和噪声的联合重建。
2026-02-05 quant-ph
Capacitive crosstalk in gate-based dispersive sensing of spin qubits
本文研究了硅双量子点器件中栅极色散读出时由电容耦合引起的射频串扰，通过高Q值NbN谐振器量化了串扰对量子比特操作的影响，并提出将量子比特频率设置低于谐振器频率以抑制串扰。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nuclear electric resonance
核自旋量子比特具有较长的相干时间，被期望应用于量子信息处理。然而，现有的方法要么不能处理单个核（如核磁共振），要么严重影响核相干时间（如基于超精细斯塔克效应的电子核操纵，ENMHSE）。在这里，我们提出了一种称为核电共振的电子核操纵，它一方面可以寻址单个核量子比特，另一方面可以保持长的相干时间。应用这一点，我们构造了具有外电场的普适量子门。这些通用门对任意$S\ge 1$自旋核都是实用的。考虑到核电共振的相干时间要长得多，与ENMHSE相比，我们将单量子比特操作的数量提高了三个数量级。
2021-11-28 quant-ph
Phased Geometric Controls of V-Shaped Three-Level System for Zero-field Quantum Sensing
针对零场量子传感，本文提出V型三能级自旋系统的相位几何控制协议，利用线偏振微波脉冲抑制态泄漏，并在金刚石单个NV中心上实现低功率多脉冲双量子门传感。
2023-07-08 quant-ph
Dispersive cavity-mediated quantum gate between driven dot-donor nuclear spins
针对远距离核自旋量子比特难以实现双量子比特门的问题，理论研究了微波谐振器与混合量子点-供体系统的相互作用，通过驱动补偿频率失配并实现色散耦合，实现了保真度接近90%的核自旋双量子比特门。
2023-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Diamond as a solid state quantum computer with a linear chain of nuclear spins system
通过从金刚石的四面体构型中移除一个$^{12}C$原子，用一个$^{13}C$原子替换它，并在线性方向上重复这一过程，就有可能拥有一个线性链的一半核自旋，并建立一个固态量子计算机。从该结构中直接得到一个量子比特旋转和受控非（CNOT）量子门，并利用CNOT量子门确定了该量子计算机的设计参数。
2013-10-02 quant-ph
Universal gate operations on nuclear spin qubits in an optical tweezer array of $^{171}$Yb atoms
中性原子阵列是量子科学发展迅速的平台。在这项工作中，我们展示了一个通用的一套量子门操作的一种新型的中性原子量子比特：核自旋的碱土类原子（AEA），$^{171}$ Yb。我们目前的冷却，捕获和成像技术，使用一个新发现的魔术捕获波长在$λ= 486.78$ nm。我们实现了量子位初始化，读出和单量子位门，并观察长量子位寿命，$T_1 \approx 20$ s和$T^*_2 = 1.24(5)$ s，以及单量子位操作保真度$\mathcal{F}_{1Q} = 0.99959(6)$。我们还展示了两个量子位纠缠门使用里德伯封锁，以及这些门操作的相干控制，在369 nm的Yb $^+$离子芯跃迁上使用光位移。这些结果是在AEA镊子阵列中实现高相干量子门的重要一步。
2021-12-13 physics.atom-ph quant-ph
Sensing distant nuclear spins with a single electron spin
我们实验证明了使用一个单一的电子自旋来测量从周围的自旋浴内遥远的个人核自旋的量子动力学。我们的技术利用电子自旋的相干控制，使我们能够隔离和监测弱耦合到电子自旋的核自旋。具体来说，我们检测到的进化遥远的个人碳-13核自旋耦合到单氮空位中心的金刚石晶格与超精细耦合下降到一个因素的8以下的电子自旋裸退相速率。潜在的应用纳米磁共振成像和量子信息处理进行了讨论。
2012-05-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Logical operations with single x-ray photons via dynamically-controlled nuclear resonances
从理论上研究了利用共振光核相互作用实现偏振编码x射线的逻辑运算。我们表明，通过共振散射核和快速旋转的核超精细磁场来控制输出光子的偏振，单量子比特逻辑门可以模拟。可以采用第二控制量子位来触发磁场旋转，从而允许用于X射线光子的受控非门的若干实现选择。
2015-06-01 quant-ph
Toward Constructing a Continuous Logical Operator for Error-Corrected Quantum Sensing
针对量子传感需连续信号但Eastin-Knill定理限制容错连续逻辑算符构建的问题，提出连续逻辑z轴旋转设计协议并应用于Steane码，经Knill-Laflamme条件验证其不具容错性，同时指出该方法在更多或更大距离量子比特编码中有望成功。
2023-05-03 quant-ph
A magnetic-field insensitive gate set for trapped-ion nuclear spin qubits
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；ZuriQ AG（ZuriQ公司）
本文提出一套完整的磁场不敏感门组，利用电子自旋实现快速双量子比特相位门，同时保留核编码以保护量子比特免受磁场影响，适用于高磁场阱离子核自旋量子比特。
2026-09-30 physics.atom-ph quant-ph
All-Optical Nuclear Quantum Sensing using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
针对现有量子传感依赖微波/射频驱动的局限，提出基于金刚石NV中心¹⁵N核自旋的全光相干量子传感方案，利用激发态能级反交叉附近的自旋动力学实现核自旋泵浦，在单自旋和系综上演示了低频传感核心的自由感应衰减测量，推动紧凑量子传感器在苛刻环境的应用。
2022-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Iterative quantum state transfer along a chain of nuclear spin qubits
在两个量子比特之间传递量子信息是量子通信和量子信息处理中许多应用的基本要求。在D. Burgarth等人[Phys.Rev.A75，062327（2007）]，这是通过静态自旋链和仅应用于链的接收端的门操作序列来实现的。对自旋链的唯一要求是，它将输入幅度的有限部分传输到链的末端，在那里门操作积累信息。对于适当的演化和门操作序列，传输的保真度可以渐近地接近1。我们证明了这种传输方案的操作原理，通过在核磁共振量子信息处理器中实现它。
2007-07-18 quant-ph
Quantum information processing with nuclear spins mediated by a weak-mechanically controlled electron spin
我们提出了一个方案，以实现核-核间接相互作用介导的机械驱动的氮空位（NV）中心的钻石。在这里，我们展示了两个量子比特纠缠门和两个碳核之间的量子态转移。当偶极-偶极相互作用强度远大于驱动场强度时，该方案对NV中心（核自旋）与环境耦合引起的退相干具有鲁棒性。方便地，不需要偶极耦合的精确控制，因此该方案对核自旋和NV中心的波动位置不敏感。我们的计划提供了一个通用的蓝图，多核自旋门和多方通信。
2022-11-17 quant-ph
Rapid detection of coherent tunneling in an InAs nanowire quantum dot through dispersive gate sensing
色散传感是一种强大的技术，能够实现固态量子比特的可扩展和高保真度读出。特别是，基于栅极的色散传感已经被提出作为未来拓扑量子位的读出机制，其可以通过单电子隧穿通过零能量模式来测量。这种读出的发展需要解决相干电荷隧穿幅度从一个量子点在马约拉纳零模式主机系统忠实地在短时间尺度上。在这里，我们展示了快速单次检测的相干单电子隧道InAs纳米线量子点之间的振幅。我们将一个亚GHz的集总元件微波谐振器连接到一个点上的高电平臂门上，实现了一个灵敏的色散检测电路。由此产生的大的点谐振器耦合导致观察到的色散位移是在电荷简并的谐振器线宽的顺序。这种移位使我们能够区分库仑阻塞和共振，对应于量子位状态读出所预期的场景，对于1微秒的积分时间，信噪比超过2。我们的结果为在拓扑量子比特中实现微秒尺度上费米子宇称的Single Shot测量铺平了道路。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Narrowband composite two-qubit phase gates
我们提出了一种方法来构建复合双量子位门与窄带配置文件的自旋-自旋耦合。复合序列对自旋-自旋耦合的幅度和持续时间的变化具有选择性，并且可以用于具有大大减少的串扰的高选择性量子位寻址、量子逻辑光谱学和量子传感。
2022-06-28 quant-ph
Quantum sensing of a coherent single spin excitation in a nuclear ensemble
在相干相互作用物体的集合中测量单个量子在涌现量子现象的研究中是变革性的。一个孤立的核自旋系综是一个显着的平台，由于其一致性，但检测其单自旋激发仍然是难以捉摸的。在这里，我们使用半导体量子点中的电子自旋量子比特，通过28 GHz量子比特频率上的200 kHz超精细位移，以1.9 ppm的精度感测单个核自旋激发（核磁振子）。我们证明了这种单磁振子精度在多种模式确定的核物种和极性。最后，我们监测的相干动力学的核磁振子和量子相关的出现，对抗退相干。这项工作的直接延伸是探测包括长寿命记忆态在内的系综的工程量子态。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Precise high-fidelity electron-nuclear spin entangling gates in NV centers via hybrid dynamical decoupling sequences
固体中的色心，如金刚石中的氮空位中心，提供了受到良好保护和良好控制的局部电子自旋，可用于各种量子技术。此外，周围自旋核的长相干时间可以通过色心控制鲁棒的量子寄存器。我们设计了脉冲序列协议，驱动电子自旋产生强大的纠缠门与这些核记忆量子位。我们发现，相比单独使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG），Uhrig去耦序列和CPMG和Uhrig序列组成的混合协议提高了这些纠缠门的保真度，自旋控制范围和自旋选择性。我们提供的序列协议的解析表达式，也显示了我们的方法在金刚石中的氮空位中心的数值效果。我们的结果广泛适用于色心弱耦合到一个小数目的核自旋量子比特。
2020-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modularization of multi-qubit controlled phase gate and its NMR implementation
量子线路网络是实现一定计算任务的电路集合。多量子比特控制的相移是量子门的重要组成部分，处于量子线路网络的中心。本文将经典计算机体系结构中的模块化构造方法应用到量子计算机中，给出了多量子比特相位门的递归实现。受控相移门的这种实现在实现某些量子算法时是方便的。我们在一个三量子位的核磁共振量子系统中实验实现了这种模块化的多量子位控制相位门。该网络在核磁共振技术中用选线脉冲进行了实验验证。该程序具有简单和易于实施的优点。
2004-11-24 quant-ph
Atomic Interferometer Gates Realization via Quantum Optimal Control
原子干涉仪具有两个量子幺正门，必须实现原子重力仪和原子干涉仪陀螺仪的量子传感目的。定义了一个定义两个幺正算子之间距离的最优代价函数，并在此基础上推导了一种基于脉冲的随机梯度下降算法，用于实现原子镜和原子分束器门。通过对这些门的实现采用数值优化控制，我们分别实现了反射镜门和分束器门的0.995和0.998的门保真度。在这项研究中，采用了二能级原子钟跃迁。
2021-12-26 quant-ph
