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
High-fidelity error-resilient composite phase gates
我们提出了一种方法来构建高保真度的量子相位门，这是不敏感的各种实验参数的误差。相位门由一对两个连续的宽带复合脉冲组成，它们之间具有相位差$π+α/2$，其中$α$是期望的门相位。通过使用补偿脉冲面积、频率失谐或面积和失谐中的系统误差的复合脉冲，我们由此构造补偿相同参数中的误差的复合相位门。特别令人感兴趣的是使用最近发现的通用复合脉冲的相位门，其补偿驱动场的任何参数中的系统误差，其保持演化厄米（例如，脉冲幅度和持续时间、脉冲形状、频率失谐、斯塔克位移、剩余频率啁啾等。
2014-09-23 quant-ph
Composite pulses in NMR as non-adiabatic geometric quantum gates
我们证明了在核磁共振实验中广泛使用的一些复合脉冲可以看作是具有Aharanov-Anandan相的非绝热几何量子门。因此，我们揭示了一个基本的量子力学的复合脉冲的传统技术背后的问题的存在。为了研究这种复合脉冲对波动的鲁棒性，我们提出了一个实用的噪声模型在一个两能级系统。然后，我们发现，即使在一个特定类型的起伏的复合脉冲具有纯粹的几何性质。
2009-08-07 quant-ph
Composite Toffoli gate with two-round error detection
我们引入了一个容错结构来实现四个重叠的Toffoli门的复合量子操作。同样的结构可以产生两个独立的Toffoli门。这一结果将量子计算机设计中的资源开销降低了一个数量级以上。该过程使用Clifford操作和64个非Clifford门$T = \exp[i π(I - σ^z) /8]$的副本。量子码检测电路中的错误。当错误的主要来源是$T$ -门故障概率为$p$时，则复合Toffoli电路的后选故障率为最低阶的$3072p^4$。
2013-03-27 quant-ph
Efficient composite pulse sequences for arbitrarily accurate z-axis rotation gates
提出了多种复合$π$ -脉冲序列，用于实现广泛应用于量子信息处理（QIP）场景中的鲁棒z轴旋转门，并讨论了它们对脉冲强度误差（PSE）和非共振误差（ORE）的容错性，即，NMR系统中的两种典型系统误差。与现有的复合门相比，我们设计的复合脉冲具有更高的门保真度和更短的序列时间成本。此外，这样的短脉冲序列一般化的简单的解析公式，可以抑制这些错误的任何所需的顺序，同时与线性长度缩放，表示一个有效的建设，他们与任意精度。
2019-10-02 quant-ph
High-fidelity geometric gate for silicon-based spin qubits
容错量子计算物理实现的关键是高保真度的操作。在这里，我们提出了一个协议，以实现通用的非绝热几何门的硅基自旋量子比特。我们发现，几何门的优势动态门关键取决于建设的几何相位的演化循环。在适当的演化循环下，几何单比特门和CNOT门在系统噪声和失谐噪声下的性能都优于它们的动力学对应物。我们还使用与硅实验一致的噪声幅度进行随机基准测试。对于静态噪声模型，几何门的平均相干度约为99.90%或更高，而对于时变$1/f$型噪声，当仅存在失谐噪声时，几何门的平均相干度约为99.98%.我们还表明，在几何门的并行性的改善动态的通常增加的指数$α$噪声，和比率可以高达4时，$α\approx 3$。我们的研究结果表明，几何门与明智地选择的进化循环可以是一个强大的方式来实现高保真量子门。
2020-01-14 quant-ph
Robust control of a NOT gate by composite pulses
我们提出了一个通用的程序来实现一个非门的复合脉冲对偏移量的不确定性和控制字段的变化鲁棒。我们在这个双参数空间中定义了不同程度的鲁棒性，即沿着一个、两个或所有方向。我们证明了复合脉冲的相位满足一个非线性系统，并且可以用解析或数值方法计算。
2020-01-15 quant-ph
Tackling Systematic Errors in Quantum Logic Gates with Composite Rotations
我们描述了使用复合旋转来对抗单量子比特量子逻辑门中的系统误差，并讨论了三种可用于校正非共振和脉冲长度误差的复合旋转。虽然在NMR量子计算的背景下开发和描述，但是这些序列应当适用于量子计算的任何实现。
2002-08-14 quant-ph
High-fidelity composite quantum gates for Raman qubits
本文提出了一种利用复合脉冲技术设计鲁棒性强、保真度高的拉曼量子逻辑门的系统方法。我们使用两个数学工具-莫里斯-肖尔和马约拉纳分解-减少三态拉曼系统等效的两个状态系统。它们使我们能够通过将其扩展到拉曼量子比特来利用为两态系统设计的众多复合脉冲。我们构建的非，阿达玛，旋转门的莫里斯-肖变换与相同的统一的方法：序列的脉冲具有相同的相位为每个门，但不同的比例的拉曼耦合。相位门是利用Majorana分解构造的。所有复合拉曼门都具有非常高的保真度，超过了量子计算的基准值，并且对实验误差具有显著的鲁棒性。所有复合相位和脉冲面积由解析公式给出，这使得该方法可扩展到任何期望的精度和对误差的鲁棒性。
2020-05-03 quant-ph
Nanocrystals in silicon photonic crystal standing-wave cavities as spin-photon phase gates for quantum information processing
利用硅高Q光子晶体纳米腔，提出并研究了半导体光子晶体中静止电子自旋量子比特与飞行光子量子比特之间的相互作用.首先，我们首次引入、推导并证明了实现自旋光子双量子比特相位门的显式条件，并提出这些相互作用可以作为量子信息处理的广义量子接口。其次，我们研究了新颖的单自旋诱导反射作为我们的耦合纳米腔系统中的固有裸模和修饰模的直接证据。这种硅系统的良好物理集成为大规模量子信息处理提供了巨大的潜力。
2007-08-13 quant-ph
Composite Mølmer-Sørensen gate
本文提出一种振幅调制的复合 Mølmer-Sørensen 门，通过复合脉冲设计实现对门定时、失谐、耦合误差及交流斯塔克位移和漂移失谐的高鲁棒性，从而提升离子阱双量子比特门的保真度。
2025-08-18 quant-ph
Narrowband and passband composite rotational quantum gates
本研究转换视角探索对误差高灵敏的量子门的应用潜力，借助复合脉冲技术推导三类窄带/通带基本量子门，并提出多种新的序列设计方法，性能优于现有文献中的经典序列。
2024-12-09 quant-ph
A Computation-Enhanced High-Dimensional Quantum Gate for Silicon-Vacancy Spins
本文提出一种面向四个硅空位自旋的 2-qudit 4×4 维 CNOT 门，利用辅助光子和单侧光学纳米腔耦合，并通过依赖探测结果的前馈操作实现确定性高维量子逻辑。
2024-09-18 quant-ph
Minimal and Robust Composite Two-Qubit Gates with Ising-Type Interaction
我们构造了一个具有Ising型相互作用的最小鲁棒受控非门，并通过它实现了基本的两量子比特门。该方法对耦合强度的不精确性具有鲁棒性，所得到的量子线路由最少数量（N=3）的基本双量子比特门和多个单量子比特门构成.值得注意的是，所有的鲁棒电路都可以映射到对脉冲长度误差鲁棒的单量子比特电路。我们还证明了一个最小的鲁棒SWAP门不能用N=3来构造，而是需要N=6个基本的两量子比特门。
2013-01-30 quant-ph
Decoherence-protected entangling gates in a silicon carbide quantum node
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究在硅碳中实现去相干保护的纠缠门，通过动态去耦与超精细相互作用结合，制备高保真度纠缠态，推动量子节点发展。
2026-02-03 quant-ph
Dynamically corrected gates in silicon singlet-triplet spin qubits
本研究针对硅基单态-三重态自旋量子比特的超精细噪声问题，首次在该体系实验实现动态校正门，将门错误率降低约3倍，恒等门和Hadamard门保真度均超0.99，同时发现实验装置存在意外脉冲畸变。
2024-12-11 quant-ph
Optimizing nonadiabatic geometric quantum gates against off-resonance error by dynamical correction in a silicon-based spin qubit
几何量子门通过使用几何相位来执行，使得它们对由于固有的全局属性而引起的脉冲幅度误差特别鲁棒。然而，在许多系统中，例如基于硅的自旋量子比特，非共振误差是主要的噪声，其可以引起失相并且对于几何门来说总是难以处理。因此如何处理非谐振误差对几何门的应用具有重要意义。\emph{Phy. Rev. Appl. 16, 044005 (2021)}的最新研究表明，通过在演化路径中插入两个$π$脉冲动态校正序列，完整量子门可以有效地抑制脉冲幅度误差，但对非共振误差仍然无效.受这项工作的启发，我们结合使用动态校正和路径设计的技术。令人惊讶的是，我们发现，通过挑选一个特定的进化路径插入只有一个$π$脉冲动态校正序列，所获得的优化几何门是强大的非共振错误，假设噪声是静态的。进一步，通过考虑硅中真实的$1/f$型噪声计算滤波函数，相关结果表明，优化后的几何门的性能同样优于传统的几何门和未使用几何相位构造的朴素动态门.结果表明，动态校正是改善几何门的有力工具。
2023-01-09 quant-ph
Fast Bayesian tomography of a two-qubit gate set in silicon
对量子态和逻辑门进行基准测试和表征在量子计算设备的开发中是必不可少的。我们介绍了一种贝叶斯方法的自洽过程层析成像，称为快速贝叶斯层析成像（FBT），并通过实验证明了其性能在表征硅基自旋量子位器件上的双量子位门集。FBT建立在自适应自洽线性化的基础上，该线性化对模型近似误差具有鲁棒性。我们的方法提供了一些优势，比其他自洽层析成像方法。最值得注意的是，FBT可以利用来自随机基准测试（或其他表征测量）的先验信息，并且可以实时执行，在获取数据的同时提供全过程矩阵的持续更新估计。
2021-07-30 quant-ph
Refocusing two qubit gate noise for trapped ions by composite pulses
振幅噪声是影响双量子比特随机项的主要因素之一，它是影响高保真度两体门在容错阈值以下实现的主要障碍。这种噪声很难重新聚焦，因为任何重新聚焦技术只能处理频率低于操作速率的噪声。由于两个量子比特门速度通常是系统中最慢的速率，因此它构成了实现低于容错阈值的门的最后瓶颈。在这里，我们建议使用复合脉冲作为一种动态解耦的方法，以减少两个量子比特的门噪声的囚禁离子系统。这是通过重新聚焦超快纠缠门的构建块来完成的，其中振幅噪声被降低到拍摄到拍摄（STS）噪声。我们提出了详细的模拟表明，容错阈值可以实现所提出的方法。
2016-01-29 quant-ph
Robust single-qubit gates by composite pulses in three-level systems
复合脉冲是实现量子控制的有效工具。在这项工作中，我们推导出复合脉冲序列的形式，以实现三能级系统中的鲁棒单量子比特门，其中两个低能级作为一个量子比特。复合脉冲可以有效地消除一定数量级的系统误差。我们发现，三脉冲序列不能完全消除一阶系统误差，但仍然有效地使保真度抵抗特定方向的变化。当在序列（$N>3$）中采用更多脉冲时，保真度可以对所有方向上的变化不敏感，并且鲁棒性区域变得宽得多。最后，我们展示了复合脉冲在量子信息处理中的应用，例如，在两个量子比特之间进行鲁棒的量子信息传输。
2021-05-11 quant-ph
A chip-scale polarization-spatial-momentum quantum SWAP gate in silicon nanophotonics
本文在硅纳米光子芯片上展示了一种高效的确定性SWAP门，能交换光子的偏振与空间-动量量子比特，高保真度验证及Bell态分发实验表明其促进了不同自由度光学子系统间的量子互连，为互联模块化系统提供了途径。
2023-05-16 quant-ph
Error Compensation of Single-Qubit Gates in a Surface Electrode Ion Trap Using Composite Pulses
由于难以稳定离子位置处的驱动场，激光驱动的量子逻辑操作对捕获的离子量子位的保真度往往低于微波驱动的逻辑操作。通过稳定的驱动光场和复合脉冲序列的使用，我们证明了高保真单量子比特门的超精细量子比特的$^{171}\text{Yb}^+$离子被困在一个微加工表面电极离子阱。使用随机化基准测试协议来表征门误差，并且测量$3.6(3)\times10^{-4}$的每个随机化Clifford群门的平均误差。我们还报告了实验实现的回文脉冲序列，有效地扩展序列长度。
2015-07-20 quant-ph
Quantum computation in silicon-vacancy centers based on nonadiabatic geometric gates protected by dynamical decoupling
本文首次提出在金刚石硅空位中心中结合非绝热几何门与动力学解耦实现量子计算，利用长寿命基态编码抑制自发辐射，并通过数值模拟验证了该方案在固态系统中实现高保真几何量子计算的可行性与鲁棒性。
2023-08-24 quant-ph
Composite nonadiabatic geometric quantum gates with optimization on superconducting circuits
School of Mathematics and Physics, Anqing Normal University（安庆师范大学数学与物理学院）；School of Electronic Engineering and Intelligent Manufacturing, Anqing Normal University（安庆师范大学电子工程与智能制造学院）；School of Electrical and Photoelectronic Engineering, West Anhui University（皖西大学电气与光电工程学院）；Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education), Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, and School of Physics, South China Normal University（华南师范大学原子和亚原子结构及量子控制教育部重点实验室、广东省物质结构和基本相互作用卓越研究中心、物理学院）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, and Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University（华南师范大学广东省量子工程与量子材料重点实验室、粤港澳量子物质联合实验室、前沿物理研究院）
本文提出一种优化的复合非绝热几何量子门方案，通过优化路径参数提升门的鲁棒性，适用于超导量子比特实现。
2025-09-29 quant-ph
The methodology of resonant equiangular composite quantum gates
实现量子响应函数$\hat{U}(θ)$的复合量子门的创建取决于某些感兴趣的参数$θ$，通常更像是一门艺术而不是科学。通过灵感的设计，一系列同样依赖于$θ$的$L$基元门可以设计一个高度非平凡的$\hat{U}(θ)$，从而实现无数的精确计量、光谱和控制技术。然而，发现新的、有用的$\hat{U}(θ)$示例需要很强的直觉来感知可能性，并且通常需要蛮力来找到最佳实现。我们提出了一个系统的和有效的方法来设计任意长度的复合门，相位控制的原始门都旋转$θ$作用于一个单一的自旋。我们充分刻画了可实现的家庭的$\hat{U}(θ)$，提供了一个有效的算法，分解的选择$\hat{U}(θ)$到其最短的序列的门，并显示如何有效地选择一个可实现的$\hat{U}(θ)$，固定的$L$，是一个最佳的近似目标函数的正交。一个强大的连接锻造与\emph{classical}离散时间信号处理，使我们能够迅速构建，例如，补偿门与最佳带宽，实现任意单自旋旋转与亚波长空间选择性。
2018-02-01 quant-ph
Ultrahigh-fidelity composite rotational quantum gates
本文提出了一种复合脉冲序列，它可以使量子比特在布洛赫球上产生任意预定义的旋转。复合序列包含多达17个脉冲，并可以补偿高达八个订单的脉冲幅度和脉冲持续时间的实验误差。导出了X（NOT）、Hadamard和任意旋转三种基本量子门的复合序列。本文提出了三类复合序列--一类对称的和两类非对称的。它们包含作为其最低成员的两个众所周知的复合序列-三脉冲对称SCROFULOUS脉冲和四脉冲不对称BB 1脉冲，分别补偿一阶和二阶误差。较短的序列是解析推导的，较长的序列是数值推导的（而不是通过嵌套和连接，这是迄今为止最常用的方法）。因此，这里得到的复合序列在速度或准确性方面或两者方面都与现有序列相匹配或优于现有序列。例如，我们得到一个二阶复合序列，它比著名的BB 1序列快（约13%）。对于高阶序列，加速变得更加明显。这对于量子信息处理很重要，因为这里推导出的序列为寻找超高保真度和高速之间的最佳点提供了更多选择。
2020-12-29 quant-ph
Robust, fast and high-fidelity composite single-qubit gates for superconducting transmon qubits
针对超导 transmon 量子比特的相干误差问题，提出基于复合脉冲的控制方法，实现鲁棒快速的高保真单量子比特门，并经仿真和四种独立技术验证。
2025-06-08 quant-ph
Protocol for a resonantly-driven three-qubit Toffoli gate with silicon spin qubits
三量子比特Toffoli门在量子纠错和复杂的量子算法（如Shor的因子分解算法）中起着重要的作用，激发了对这种门的有效实现的搜索。本文介绍了一种适用于硅量子点阵列中交换耦合电子自旋量子比特的Toffoli门。我们的协议是一个自然的延伸，以前证明了硅自旋量子位的共振驱动CNOT门。它是基于一个单一的交换脉冲与谐振微波驱动相结合，与操作时间的顺序为100纳秒和保真度超过99%。我们分析了校准误差和1/f噪声对门保真度的影响，并将门性能与由双量子位门合成的Toffoli门进行了比较。我们的方法很容易推广到其他受控的三量子比特门，如Deutsch和Fredkin门。
2019-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-Loop and Composite-Loop Realization of Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates in a Decoherence-Free Subspace
高保真度的量子门是大规模量子计算所必需的，而大规模量子计算自然可以以抗噪声的方式实现。几何操作和无消相干子空间编码是实现量子计算鲁棒性的有效途径。在这里，通过结合这两种策略的优点，我们提出并实验实现了基于非绝热和非阿贝尔几何相位的单圈方案和复合方案的普适完整量子门，在无退相干子空间中使用核磁共振。我们的实验只使用两体共振自旋相互作用，因此是实验友好。特别是，我们还通过实验验证了复合方案比单回路方案对脉冲误差更鲁棒。因此，我们的实验提供了一个有前途的方法，忠实和强大的几何量子操纵。
2019-08-18 quant-ph
Designing short robust NOT gates for quantum computation
最初在核磁共振（NMR）中开发的复合脉冲已经在实验量子信息处理（QIP）中广泛使用，以减少系统误差的影响。到目前为止，大多数使用的脉冲都是简单地从现有的NMR设计中改编而来的，尽管已经开发了用于设计具有任意精度的复合脉冲的技术，但结果相当复杂，几乎没有应用。在这里，我描述了设计短而有效的复合脉冲来实现强大的非门的技术，将NMR和QIP的现有见解结合在一起，并提出了一些新的复合脉冲。
2013-05-07 quant-ph
Composite Short-path Nonadiabatic Holonomic Quantum Gates
非绝热完整量子计算（NHQC）由于其快速的演化和几何性质导致的对局域噪声的弹性而引起了人们的广泛关注。但由于其运算时间长、物理实现复杂，难以超越动力学格式，阻碍了其广泛应用。在这里，我们提出了实现NHQC的最短路径在一定条件下，通过逆哈密顿工程技术，它具有更高的保真度和更强的鲁棒性比以前的NHQC计划。同时，本文提出的复合动态解耦脉冲可以进一步改善门的性能，有效地提高门的保真度和鲁棒性，使我们的方案在一定参数范围内优于最优动态方案。值得注意的是，我们的方案可以很容易地实现与里德伯原子，和一个简化的实现控制非门的里德伯封锁制度可以实现。因此，我们的计划代表了一个有前途的进展，未来容错量子计算的原子系统。
2022-03-04 quant-ph
Quantum CNOT Gate for Spins in Silicon
单量子比特旋转和双量子比特CNOT运算是通用量子计算的关键组成部分。虽然已经使用电子自旋自由度实现了高保真单量子位操作，但由于快速的核自旋退相和电荷噪声，实现鲁棒的CNOT门一直是一个主要挑战。我们展示了一个有效的共振驱动CNOT门的电子自旋在硅。我们的平台实现了单量子位旋转，其重复率> 99%，通过随机基准测试验证。交换耦合的栅极控制允许在~200 ns内实现具有谐振驱动的量子CNOT门。我们使用CNOT门来产生具有75%保真度的Bell态，受限于量子态读出。我们的量子点器件架构为硅中的多量子位算法打开了大门。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrahigh-fidelity composite quantum phase gates
本文提出用于Z、S、T及一般相位门的复合脉冲序列，最多18个脉冲可补偿高达八阶实验误差，兼具超高保真度、强鲁棒性和灵活性，为量子信息应用提供多种优化控制方案。
2023-09-08 quant-ph
Suppressing Weak Ising Couplings: Tailored Gates for Quantum Computation
我描述了使用复合旋转的基础上开发控制相位门，其中弱伊辛耦合的影响被抑制的技术。描述了一种定制的复合相位门，其既抑制弱耦合又对强耦合的大小中的系统误差相对不敏感。
2003-07-07 quant-ph
Phase-Sensitive Benchmarking of Composite Quantum Gates with Chiral-Interference Circuits on Quantum Hardware
Sofia University（索非亚大学）
研究利用手征干涉电路对复合量子门进行相敏基准测试，构建并实验实现相关电路，在IBM量子处理器上测试。通过引入误差比较单比特与复合门鲁棒性，发现H5s/X5序列表现突出，三级电路有类似增强及误差抵消对称性。
2026-07-21 quant-ph
Simulation of Two-qubit Gate Variability and Fidelity of Spin Qubits Built on Nanosheet Technology
San Jose State University（圣何塞州立大学）
使用QTCAD模拟套件研究基于纳米片技术的硅自旋量子比特双量子点，评估工艺和偏置变化对交换能的影响，并通过主方程求解两量子比特门保真度，发现毫伏级偏置变化可将保真度降至99%以下。
2026-07-02 quant-ph
Parallelization of frequency domain quantum gates: manipulation and distribution of frequency-entangled photon pairs generated by a 21 GHz silicon micro-resonator
本研究研发出小尺寸硅环形谐振器，利用其窄间隔多频率信道，通过现成电光器件并行控制单量子比特门，实现纠缠对表征并首次演示频域全连接5用户量子网络，推动可扩展硅基量子电路发展。
2023-05-05 quant-ph
Correlation thresholds for effective composite pulse quantum error mitigation
本文研究复合脉冲分段中错误相关性对量子门保真度的影响，证明临界相关阈值的存在，并在集成光子学中分析其性质与数值表现。
2023-08-16 quant-ph
Composite nonadiabatic holonomic quantum computation
非绝热完整量子计算由于其完整性，在抑制控制误差方面具有鲁棒性。然而，这种鲁棒性的特点是挑战，因为实现非绝热完整门的通常方式引入了由于控制参数中的系统误差的误差。为了解决这个问题，我们在这里提出了一个复合方案来实现非绝热完整门。我们的方案可以抑制系统误差，同时保持完整的鲁棒性。当演化周期短于相干时间时，它特别有用。我们进一步表明，我们的复合方案可以保护消相干自由子空间。在这种情况下，我们的复合门的增强的鲁棒特性和相干稳定的优点消相干自由子空间相结合。
2017-06-04 quant-ph
Scalable uniform construction of highly-conditional quantum gates
我们提出了一种可扩展的统一技术，用于构建捕获离子量子位的高度条件C $^n$ -非量子门，如Toffoli门，而不使用辅助状态和过多数量的级联一个和两个量子位门的电路。除了初始的内部量子位态与振动声子和声子的基态的最终恢复的敷料，我们的技术需要的目标量子位上的应用程序只有一个单一的复合脉冲，是适用于内外的Lamb-Dicke制度。我们设计了特殊的窄带复合脉冲，抑制了目标量子位的条件跃迁以外的所有跃迁，并且显著提高了空间寻址选择性。
2011-08-16 quant-ph
Coherent transfer of quantum information in silicon using resonant SWAP gates
基于硅量子点自旋的固态量子处理器正在成为量子信息处理的强大平台。高保真度的单量子位和双量子位门最近已经被证明，大型可扩展量子位阵列现在被常规制造。然而，双量子比特门是通过最近邻交换相互作用介导的，这需要直接波函数重叠。这限制了这些设备的整体连接性，并且是实现纠错、量子随机存取存储器和多量子比特量子算法的主要障碍。为了扩展连接性，量子比特可以使用量子SWAP门在设备周围穿梭，但相位相干SWAP尚未在硅设备中实现。在这里，我们展示了一种新的单步谐振SWAP门。我们首先使用门来有效地初始化和读出我们的双量子点。然后，我们表明，门可以移动自旋本征态在100 ns的平均保真度$\bar{F}_{SWAP}^p$ = 98%。最后，任意两个量子比特的产品状态的转移基准使用状态断层扫描和Clifford随机基准，产生的平均保真度为$\bar{F}_{SWAP}^c$ = 84%的门操作时间为~300 ns。通过相干自旋输运，我们的共振SWAP门实现了非相邻量子比特的耦合，从而为使用硅自旋量子比特的大规模实验铺平了道路。
2019-06-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bounding the average gate fidelity of composite channels using the unitarity
目前非常需要用于表征量子器件的鲁棒且有效的方法。虽然在这个方向上已经取得了重大进展，但仍然迫切需要精确地确定各个门操作上的误差的强度和类型，以便在给定关于组件上的误差的一些部分信息的情况下评估和改进控制以及可靠地限制量子线路中的总误差。在这项工作中，我们首先提供了一个最佳的约束电路的总保真度的组件的quantiities，这可以有效地通过随机基准实验估计。然后，我们推导出一个更严格的约束，适用于下的错误的一致性，即，unitarity，这也可以有效地估计通过相关的实验协议的附加信息。这种改进的边界之间的最坏情况下的二次和最佳情况下的复合误差通道的线性缩放平滑插值。作为一个应用程序，我们展示了我们的分析如何大大提高了可实现的精度估计下交错随机基准的个别门的错误率，使更高的精度为当前的实验方法来评估和调整控制量子门操作。
2019-08-23 quant-ph
Robust implementation of quantum gates despite always-on exchange coupling in silicon double quantum dots
在（1，1）电荷配置中的硅双量子点设置中的自旋量子位的可寻址性依赖于在电子的塞曼分裂之间具有大的差异。当差异不是足够大时，旋转波近似变得不准确。我们考虑在这种制度下工作的设备，始终在交换耦合，并描述如何CZ门和任意的一个量子比特门，这是强大的电荷噪声可以通过平滑地脉冲微波源，同时消除串扰来实现。我们发现，最显着的偏离旋转波近似，这是类似的布洛赫Siegert移位在一个两级系统，可以使用本地虚拟门补偿。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum teleportation of an elemental silicon nanophotonic CNOT gate
研究首次在硅纳米光子芯片上实验演示了CNOT门的量子隐形传态，利用局域操作与共享纠缠实现了非局域量子门，各项保真度均超83%，为大规模分布式量子计算提供了可扩展路径。
2025-07-22 quant-ph
Composite quantum gates simultaneously compensated for multiple errors
Sofia University（索非亚大学）
本文提出一种复合脉冲序列，实现X和Hadamard门的同时补偿幅度、频移和持续时间误差，通过导数消去误差项和最小化门保真度，提高门保真度。
2026-04-30 quant-ph
A shuttling-based two-qubit logic gate for linking distant silicon quantum processors
使用两个量子比特门在远程量子处理器处控制量子比特之间的纠缠是量子计算的可扩展的模块化实现的基本功能。在众多量子位平台中，硅量子点中的自旋量子位具有大规模集成的前景以及它们的纳米加工能力。然而，连接遥远的硅量子处理器具有挑战性，因为自旋量子位中的双量子位门通常利用短程交换耦合，这仅在最近的相邻量子点之间有效。在这里，我们通过相干自旋穿梭演示了自旋量子位之间的双量子位门，这是连接远程硅量子处理器的关键技术。自旋量子位的相干穿梭使得交换耦合的有效切换具有超过1,000的开/关比，同时对于相邻点之间的单次穿梭保持99.6%的自旋相干性。通过这种穿梭模式交换控制，我们展示了一个保真度为93%的双量子比特控制相位门，通过随机基准测试进行评估。将我们的技术与量子比特在大型量子点阵列上的相位相干穿梭相结合，将为远程硅量子处理器之间的量子链路提供可行的路径，这是大规模量子计算的关键要求。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantifying the quantum gate fidelity of single-atom spin qubits in silicon by randomized benchmarking
基于硅中单个31-P原子的电子和核自旋的相干控制和单次读出的演示，我们在这里提出了一个系统的实验估计量子门的精确度，使用Clifford组中的1-qubit门的随机基准测试。我们应用这种分析的电子和电离的31-P核的一个单一的P供体同位素纯化的28-Si。我们发现电子的平均门量子效率为99.95%，核自旋的平均门量子效率为99.99%.这些值高于特定的纠错阈值，并展示了硅中基于施主的量子计算的潜力。通过研究控制脉冲的形状和功率的影响，我们发现证据表明，目前对门保真度的限制主要与外部硬件有关，而不是量子比特的内在行为。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fidelity benchmarks for two-qubit gates in silicon
通用量子计算将需要基于可扩展平台的量子比特技术，以及对单量子比特和双量子比特门操作的最大不一致性进行严格限制的量子纠错协议。虽然各种量子位系统在单量子位水平上显示出高的量子位，但超导体技术是唯一通过标准光刻技术制造的固态量子位，其已经证明了接近容错阈值的双量子位量子位。基于硅的量子点量子位也适合于大规模制造，并且可以使用同位素富集的硅实现高的单量子位栅极结晶度（超过99.9%）。然而，虽然已经在硅中展示了双量子位门，但还不可能使用随机基准测试来严格评估它们的可靠性，因为这需要以非零保真度完成大量量子位操作（$\gtrsim 20$）的序列。在这里，对于在门定义的量子点的电子自旋状态上编码的量子比特，我们展示了贝尔状态断层扫描，其精确度范围从80%到89%，以及两个量子比特随机基准测试，平均Clifford门保真度为94.7%，平均受控ROT（CROT）保真度为98.0%。发现与量子位的退相干时间$T_2^*$相比，这些量子度受到这里采用的相对慢的门时间的限制。因此，采用基于高拉比频率的快速门操作的硅量子比特设计，以及先进的脉冲技术，应该在不久的将来实现显着更高的量子效率。
2018-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-shot single-gate RF spin readout in silicon
对于固态自旋量子位，单栅极RF读出可以帮助最大限度地减少放大到许多量子位所需的栅极数量，因为读出传感器可以集成到操纵量子位所需的现有栅极中（Veldhorst 2017，Pakkiam 2018）。然而，可扩展量子计算机的一个关键要求是，我们必须能够在单次激发（即单次测量）内解析量子比特状态（Dijuenzo 2000）。在这里，我们展示了单栅，单次读出的单重态-三重态自旋在硅，在$3.3~\text{kHz}$测量带宽的平均读出保真度$82.9\%$。我们使用这种技术来测量三重态$T_-$单重态$S_0$弛豫时间的$0.62~\text{ms}$在硅中的精确施主量子点。我们还表明，使用RF读出不影响最大读出时间在零失谐的$S_0$到$T_-$衰减，保持在约$2~\text{ms}$限制。这确立了单栅极感测作为自旋量子位的可行读出方法。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity and robust two-qubit gates for quantum-dot spin qubits in silicon
最近，在同位素富集硅中实现了一种双量子位控制非门（CNOT），该门由控制相位门和单量子位门组成，用于量子点自旋量子位。在实验中，单量子比特门已经被证明具有容错控制保真度，但是双量子比特C相门的不保真度主要是由于电噪声，仍然高于容错量子计算（FTQC）所需的错误阈值。在这里，考虑到现实的系统参数和实验上的限制的控制脉冲，我们构建实验可实现的高保真CNOT门强大的抗电噪声与实验测得的$1/f^{1.01}$噪声谱，也对点间隧道耦合幅度的不确定性。我们的最佳CNOT门有大约两个数量级的改善，在不考虑任何噪声影响的情况下构造的理想C相门的门失真。此外，在相同的控制框架内，还可以构建高保真和鲁棒的单量子比特门，为大规模FTQC铺平道路。
2018-06-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust two-qubit gates for donors in silicon controlled by hyperfine interactions
我们提出了两种策略，用于对硅中磷供体的交换耦合对的电子自旋进行双量子比特操作，使用将供体核自旋设置在任意状态的能力。当$^{31}$ P核处于相反的自旋态时，超精细相互作用提供了两个电子量子比特的有效磁失谐。这可以被利用来开启和关闭SWAP操作，其中适度地调节电子交换相互作用。此外，超精细失谐实现了基于选择性共振激发的高保真条件旋转门。后者根本不需要动态调整交换相互作用，并且提供了一个非常有吸引力的方案来在现实的实验条件下实现两个量子位逻辑门。
2013-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
A SWAP Gate for Spin Qubits in Silicon
本文在硅量子点中演示了约25纳秒的快速SWAP门，通过高度可调的J与ΔE_z比率实现高保真度操作，解决了自旋量子比特阵列的连接性问题，为芯片上量子通信和量子模拟奠定基础。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast universal quantum control above the fault-tolerance threshold in silicon
容错量子计算机依靠量子纠错来解决难题。最有前途的纠错码之一是表面码，它要求通用门的纠错阈值超过99%。在许多量子位平台中，只有超导电路、捕获离子和金刚石中的氮空位中心满足这些要求。硅中的电子自旋量子位由于其纳米级的能力而特别有希望用于大规模量子计算机，但是由于操作缓慢，双量子位门保真度被限制在98%。在这里，我们展示了99.5%的双量子位门保真度，以及99.8%的单量子位门保真度，在硅自旋量子位通过使用微磁感应梯度场和可调谐的两量子位耦合的快速电控制。我们确定了量子比特旋转速度和耦合强度的条件，我们鲁棒地实现高保真门。我们实现了Deutsch-Jozsa和Grover搜索算法，使用我们的通用门集具有很高的成功率。我们的研究结果证明了通用门保真度超过容错阈值，并为可扩展的硅量子计算机铺平了道路。
2021-08-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit Quantum Electrodynamics Architecture for Gate-Defined Quantum Dots in Silicon
我们展示了一种混合器件结构，其中使用片上超导微波腔读出在Si/SiGe异质结构中形成的双量子点（DQD）中的电荷态。品质因数Q = 5,400是通过选择性地蚀刻掉量子阱的区域并通过栅极偏置线的低通滤波来减少光子损失而实现的。零差法测量了DQD的电荷稳定性图和电荷-腔耦合率gc/2 pi = 23 MHz。这些测量结果表明，在Si DQD中捕获的电子可以有效地耦合到微波光子，潜在地实现硅中的相干电子-光子相互作用。
2017-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
