Suppressing qubit dephasing using real-time Hamiltonian estimation
量子系统与其波动环境之间不必要的相互作用导致退相干，并且是建立可扩展的量子信息处理架构的主要障碍。环境和材料工程、量子纠错和动力学解耦等策略可以减轻退相干，但通常会增加实验的复杂性。在这里，我们使用实时哈密顿参数估计来提高量子位的相干性。使用快速收敛的贝叶斯方法，我们精确地测量了单重态-三重态自旋量子比特的分裂速度比周围的核浴波动更快。我们根据这些信息不断调整量子比特控制参数，从而将非均匀加宽相干时间（$T_{2}^{*}$）从几十纳秒提高到2 $μ$ s以上，并证明了哈密顿估计在降低量子系统中相关噪声影响方面的有效性。由于这里演示的技术与任意量子比特操作兼容，因此它是量子纠错的自然补充，并且可以用于提高量子信息处理和量子信息处理应用中各种量子比特的性能。
2014-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
A decoherence-free subspace in a charge quadrupole qubit
量子计算有望显著提高某些类型计算问题的速度。然而，半导体量子位的稳健实现必须克服电荷噪声的影响，目前这种影响限制了门操作期间的相干性。在这里，我们描述了一个计划，保护固态量子比特从均匀电场波动的概念推广的消相干自由子空间的自旋，我们提出了一个具体的物理实现：四极电荷量子比特形成在一个三重量子点。四极量子位的独特设计使得能够实现特别简单的脉冲序列，用于抑制栅极操作期间的噪声影响。根据环境噪声的大小，模拟产生的门量子比传统的电荷量子比特好10- 1000倍。我们的研究结果表明，任何采用库仑相互作用的量子位方案（例如，编码自旋量子位或双量子位门）都可以从这样的四极设计中受益。
2017-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Suppressing Spin Qubit Dephasing by Nuclear State Preparation
半导体量子点中的相干自旋态提供了作为具有可扩展制造的电可控量子比特（qubit）的希望。对于由砷化镓（GaAs）制成的少电子量子点，主晶格中的波动核自旋是自旋退相干的主要来源。我们报告了一种制备核自旋环境的方法，该方法将核自旋波动的相关分量抑制在其平衡值以下约70倍，将双电子自旋状态的非均匀退相时间延长到1微秒以上。核态可以通过电子门操作容易地制备并且持续> 10秒。
2008-07-09 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction induced decoherence of electron spins in quantum dots
我们详细调查，使用分析和数值工具，在量子点（QD）耦合到一个浴的核自旋在磁场或不同的初始浴极化的电子自旋的退相干，专注于纵向弛豫在低和中等的字段/极化制度。核自旋池初始极化的增加对退相干过程的影响与外加磁场的增加相同，即退相干动力学从平稳衰减变为阻尼振荡。对于单QD和双QD设置，可以通过实验观察到这种变化。我们的研究结果表明，退相干时间的大幅增加需要非常大的浴极化，和使用其他方法（动态解耦或控制的核自旋分布）可能是更实际的抑制量子点为基础的量子比特的退相干。
2006-11-15 cond-mat.mes-hall
Extending the Quantum Coherence of a Near-Surface Qubit by Coherently Driving the Paramagnetic Surface Environment
表面为量子系统提供了有用的功能，例如作为感测目标的界面，但通常会导致表面诱导的退相干，其中未配对的电子自旋是常见的罪魁祸首。在这里，我们表明，近表面量子比特的相干时间增加了表面电子自旋的相干射频驱动，其中我们使用金刚石氮空位（NV）中心作为模型量子比特。这种技术与其他抑制退相干的方法是互补的，重要的是，它不需要额外的材料处理或量子位的控制。此外，通过将驱动与双量子基础的增加的磁化率相结合，我们实现了NV磁力测量的总体五倍灵敏度增强。根据我们的研究结果，我们讨论了近表面NV中心的弛豫限制相干时间的路径。本文提出的表面自旋驱动技术广泛适用于各种受表面诱导退相干影响的量子位平台。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamical control of electron spin coherence in a quantum dot
我们研究了动态退耦方法在抑制量子点低温核自旋库中电子自旋退相干方面的性能。通过精确的数值模拟研究了受控动力学，重点是现实的脉冲延迟和长时间限制。我们的研究结果表明，该系统的最佳性能是通过利用级联设计的周期性协议实现的，控制速率大大低于预期的上光谱截止浴。对于一个已知的初始电子自旋状态，相干性可以在很长一段时间内饱和，这标志着一个稳定的“自旋锁定”消相干自由子空间的创建。饱和度的分析洞察力得到一个简单的回波协议，与数值结果吻合良好。
2007-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of electron spin qubit during transfer between two semiconductor quantum dots at low magnetic fields
本文理论分析了低磁场下自旋量子比特在两个半导体量子点间绝热转移时的退相干机制，指出低隧穿耦合会放大各类误差，并提出硅基系统中实现高保真度转移所需的隧穿耦合条件。
2024-11-22 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
Nuclear spin decoherence of neutral $^{31}$P donors in silicon: Effect of environmental $^{29}$Si nuclei
由$^{29}$ Si核自旋触发器引起的光谱扩散已知是硅中电子自旋退相干的主要来源，预计也会限制硅中中性施体核自旋的相干时间。在这里，测量作为$^{29}$ Si浓度的函数，使用X波段脉冲电子核双共振（ENDOR），这种机制对$^{31}$ P核自旋相干性的影响。$^{31}$ P核自旋回波衰变表明，退相干受$^{29}$ Si触发器控制，导致快速（指数）和慢速（非指数）谱扩散过程。衰减时间的范围从含有50% $^{29}$ Si的晶体中的100 ms到含有1% $^{29}$ Si的晶体中的3 s。中性供体的这些核自旋回波衰减时间比天然硅中电离供体的报道长几个数量级。中性施主的电子自旋通过抑制“冻结核”内的$^{29}$ Si触发器来“保护”施主核自旋，这是由于$^{29}$ Si自旋与电子自旋的超精细耦合引起的失谐。
2015-08-21 cond-mat.mes-hall
Deterministic single-electron trapping on solid neon using engineered dielectric surface geometry
University of New South Wales（新南威尔士大学）
研究固态氖表面悬浮电子量子比特面临的问题，提出在其下方沉积介电层并选择性蚀刻以形成确定性势阱俘获电子的方法，通过模拟验证该方法，为量子信息处理提供了更可靠的平台。
2026-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anisotropic Stark Effect and Electric-Field Noise Suppression for Phosphorus Donor Qubits in Silicon
我们报道了使用新型的电容终止共面波导（CPW）谐振器来测量硅中磷施主量子比特的二次斯塔克位移。我们确认，谷重新布居导致各向异性自旋轨道斯塔克位移取决于相对于Si晶体的电场和磁场取向。通过测量线性斯塔克效应，我们估计了有效的电场由于应变在我们的样品。我们表明，在这种应变的存在下，电场源的退相干可以是不可忽略的。使用我们的斯塔克位移的测量值，我们预测磁场的自旋轨道斯塔克效应取消超精细斯塔克效应，抑制退相干电场噪声。我们讨论了这些噪声抑制点的限制，由于随机分布的应变，并提出了一种方法来克服它们。
2015-03-08 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Universal Scaling of Hyperfine-Induced Electron Spin Echo Decay
核自旋晶格中局域电子自旋的退相干是量子计算机潜在固态实现中的一个重要问题。我们证明，即使在高场，虚拟电子自旋翻转过程中，仅仅由于超精细相互作用可以导致复杂的核自旋动力学。这些动力学，反过来，可以导致单电子自旋相位波动和退相干。我们发现，自旋回波脉冲序列可以使这些核动力学过程几乎完全逆转，但只会使可见度损失很小，从而抑制了超精细相互作用对T_2过程的贡献。对于小系统，我们提出了数值证据，这表明了一个普遍的缩放的可见度损失的大小，只依赖于系统的非均匀线宽和磁场。
2005-07-18 cond-mat.mes-hall
Gate-Tunable Spin-Orbit Coupling in a Germanium Hole Double Quantum Dot
半导体量子点系统中的空穴自旋因其强的自旋轨道相互作用和相对较弱的超精细相互作用而受到广泛关注。在这里，我们通过实验证明了在锗（Ge）hut线（HW）中的双量子点中的可调谐SOI，这可以帮助实现快速的全电自旋操纵，同时抑制不必要的退相干。具体地说，我们测量了双量子点器件中泡利自旋阻塞区的输运谱，通过调节量子点间的隧道耦合，得到了电场调谐的自旋轨道长度lso = 2.0 - 48.9 nm。SOI的这种可调谐性可以为在Ge HW系统中实现高保真量子比特铺平道路。
2022-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving the gate fidelity of capacitively coupled spin qubits
电容耦合的半导体自旋量子位有望成为可扩展的量子计算架构的构建块，其中远程量子位之间具有长距离耦合。然而，迄今为止，在实验中实现的两量子位门的性能受到来自电荷噪声和与核自旋的超精细相互作用的退相干的严重限制，并且目前对于任何可想象的多量子位门操作都是不可接受的低。在这里，我们提出了控制协议，实现两个量子比特纠缠门，同时大大抑制由于这两种类型的噪声的错误。这些协议是通过对实验室中已经使用的控制序列进行简单修改而获得的，因此应该很容易立即进行实验实现。与现有的鲁棒单量子位门控制协议一起，我们的结果构成了在半导体平台中使用自旋量子位进行可扩展量子计算的重要一步。
2015-05-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-Range Charge Transport in Homogeneous and Alternating-Rigidity Chains
我们研究了内在的电子和环境因素的相互作用上的长程电荷跨分子链传输高达$N\sim 80$单体。我们用紧束缚哈密顿量描述了链的分子电子结构。电子退相干和非弹性散射形式的热效应与Landauer-Büttiker探针方法相结合。在长达10个单位的短链中，我们观察到相干（隧穿，弹道）运动和热辅助传导之间的交叉，热效应增强了量子相干极限之外的电流。我们进一步表明，非常规的（非单调的大小）输运行为出现时，单体到单体的电子耦合大。在长链中，我们确定了不同的行为，热效应抑制电导低于相干弹道极限。为了确定一个极小模型的分子链显示非常规的和有效的远程传输的目标，我们模拟了一个模块化的聚合物与交替区域的高和低刚度。模拟结果表明，令人惊讶的是，虽然电荷相关性显着影响结构化的环境条件，反映电荷离域，电阻显示平均效应，它是不敏感的图案。最后，我们认为，有效的远程电荷传输需要工程的内部电子参数和环境条件。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
