Demonstration of a CAFQA-bootstrapped Variational Quantum Eigensolver on a Trapped-Ion Quantum Computer
本研究首次在学术囚禁离子量子计算机上实验演示CAFQA引导的VQE，验证其更快收敛、能量更低的优势，还开发了适配多类学术量子器件的通用软硬件接口框架。
2024-08-12 quant-ph
Demonstration of the trapped-ion quantum-CCD computer architecture
捕获离子QCCD（量子电荷耦合器件）架构提案为通用量子计算机绘制了蓝图。该设计始于在二维表面上图案化的电极，该电极被配置为捕获多个离子（或离子晶体）阵列。离子晶体网络内的通信允许机器进行缩放，同时将每个晶体中的离子数量保持为较小数量，从而保持捕获离子实验中所展示的低错误率。通过提出通过在空间中移动离子与其他遥远的离子相互作用来传递量子信息，该架构创建了一个具有全连接性的量子计算机。然而，设计这种完全连接的计算机引入了一系列困难，这些困难使得该架构在其提出以来的20年中无法完全实现。使用霍尼韦尔低温表面陷阱，我们报告的QCCD架构的所有必要成分集成到一个可编程的捕获离子量子计算机。使用四个和六个量子位电路，处理器的系统级性能通过利用中间电路测量和$2^6=64$的量子体积测量的远距传送CNOT门的保真度来量化。通过证明小离子晶体中可实现的低错误率可以成功地与可扩展的陷阱设计，并行光学传输和快速离子传输集成，QCCD架构被证明是走向大型量子计算机的可行途径。原子离子提供完全相同的高保真量子比特。我们的工作表明，围绕这些量子位构建的QCCD架构将提供高性能量子计算机，可能实现重要的近期演示，如量子纠错和量子优势。
2021-04-09 quant-ph
Demonstration of a Multiplexing Trapped Ion Quantum Processing Unit
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Infineon Technologies Austria AG（英飞凌奥地利股份公司）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Infineon Technologies AG（英飞凌科技股份有限公司）
本文展示了一个结合表面离子阱和时间复用器的量子处理单元，通过采样保持技术实现多电极控制，有效解决大规模离子运输中的布线挑战，验证了高保真操作的可行性。
2026-05-15 quant-ph
Scheme and Experimental Demonstration of Fully Atomic Weak Value Amplification
在本文中，我们探讨了利用纯原子自由度实现弱值放大（WVA）的可能性。我们的方案将单个囚禁$^{40}$ Ca $^+$离子的内部电子态和外部运动态分别标识为系统度和指针度，它们之间的可控弱耦合由双色光场提供。在我们的实验演示中，通过对内部状态进行适当的后选择，被捕获离子的4埃（在相空间中）的位置位移被放大到10纳米。还证明了放大效应对量子态相对相位的敏感性。该程序的高度操作灵活性允许充分探索WVA的特性。
2019-11-16 quant-ph
Demonstration of a parity-time symmetry breaking phase transition using superconducting and trapped-ion qutrits
本工作利用囚禁离子和超导transmon两个物理平台的三能级量子系统（qutrit），以数字方式实验模拟了非幺正宇称-时间对称性破缺相变，展示了多能级处理器在模拟物理效应中的潜在优势。
2024-03-27 quant-ph
Sympathetic Cooling of Trapped Cd+ Isotopes
我们通过直接多普勒冷却114 Cd+离子在同一个陷阱中同情地冷却被捕获的112 Cd+离子。这是第一次演示的光学寻址一个单一的被困离子被同情冷却的不同种类的离子。值得注意的是，该实验使用单个激光源，并且不需要强聚焦。这为减少基于Cd+同位素的离子阱量子计算机中的退相干铺平了道路。
2001-12-14 quant-ph
Demonstration of quantum advantage by a joint detection receiver for optical communications using quantum belief propagation on a trapped-ion device
量子优势的展示主要集中在计算加速和多体物理学的量子模拟上，这受到当前设备的保真度和能力的限制。利用普适量子处理在最小允许误差概率下鉴别激光脉冲调制的经典通信码字是一个很有前途的并行方向，它在量子态鉴别中具有根本的重要性，在深空激光通信中也具有技术相关性。在这里，我们提出了一个实验实现的量子联合检测接收机的二进制相移键控调制码字的3位线性树码使用最近提出的量子算法：量子消息的信念传播。接收器，翻译成一个量子线路，实验上实现了一个捕获的离子设备-最近发布的霍尼韦尔LT-1.0系统使用${}^{171}Yb+ $离子，它具有所有对所有的连接和中间电路测量能力，这是必不可少的演示。我们最终实现了一个先前假设的，但迄今尚未证明的联合量子探测方案，并提供了一个实验框架，超越了量子限制的最小平均解码错误概率与脉冲的脉冲检测在低平均光子数限制。完整的联合检测方案跨越基于光子和捕获离子的量子信息科学，将调制字母表的光子相干态映射到单离子量子比特的保持内积的状态。展望未来，我们的工作为量子增强接收器的混合实现开辟了新的途径，并将其应用于天文学和新兴的天基平台。
2021-02-25 physics.optics quant-ph
High Fidelity Quantum Gates for Trapped Ions under Micromotion
二维或三维Paul陷阱可以限制大量的离子形成Wigner晶体，这将为可扩展的量子计算提供理想的架构，除了微动，微动被广泛认为是高保真量子门的杀手。令人惊讶的是，在这里，我们表明，微动是不是一个障碍，在所有的高保真度量子门的设计，即使微动的幅度是显着超出了兰姆-迪克条件的要求。通过精确求解量子Mathieu方程，以四极Paul阱中的两个离子为例，说明了微动条件下门的设计原理。提出的微动量子门可以推广到多离子情况，为可扩展的囚禁离子量子计算开辟了新的途径。
2014-03-29 quant-ph
Experimental demonstration of enhanced violations of Leggett-Garg inequalities in a $\mathcal{PT}$-symmetric trapped-ion qubit
本研究在$\u001a$PT$\u001b$对称囚禁离子量子比特系统中实验验证了非厄米条件下Leggett-Garg不等式的违反增强效应，揭示了耗散对时间量子关联的调控作用，为利用耗散调控量子关联与纠缠提供了新路径。
2023-09-13 quant-ph
End-to-End Demonstration of Quantum Generative Adversarial Networks for Steel Microstructure Image Augmentation on a Trapped-Ion Quantum Computer
本文提出混合量子-经典WGAN，在囚禁离子量子计算机上端到端生成钢铁铁素体和贝氏体的5通道EBSD图像，在70%样本上优于经典伯努利GAN，并缓解模式崩溃、提升图像质量。
2025-04-11 quant-ph
Cavity sideband cooling of a single trapped ion
我们报告的演示和定量表征的一维腔冷却的一个单一的被困88Sr+离子在解决边带制度。我们测量了腔跃迁的光谱，腔加热和冷却的速率，以及稳态冷却极限。受离子和腔之间的适度耦合限制的22.5（3）运动量子的腔冷却动力学和冷却极限与没有任何自由参数的简单模型[Phys. Rev. A 64，033405]一致，验证了腔冷却的速率方程模型。
2009-05-01 quant-ph
Experimental Demonstration of the Timelike Unruh Effect with a Trapped-Ion System
本研究利用囚禁离子量子系统，以二能级自旋为探测器、离子振动运动编码环境场，在无加速的类时轨迹下原理性验证了类时安鲁效应，为相对论量子物理研究提供了可控台式实验平台。
2025-10-28 gr-qc hep-th quant-ph
Experimental demonstration of a technique to generate arbitrary quantum superposition states
利用一个单一的，谐波捕获的$^9$ Be $^+$离子，我们在实验上演示了一种技术，用于产生的任意态的二能级粒子的谐波势限制。而不是工程一个单一的哈密顿系统发展到一个所需的最终状态，我们实现了一种技术，应用一系列简单的操作来合成的状态。
2002-08-28 quant-ph
High-Fidelity Simultaneous Detection of Trapped Ion Qubit Register
量子比特态检测是量子计算的重要组成部分。随着量子寄存器中的量子比特数量的增加，有必要保持高保真度检测以准确地测量多量子比特状态。在这里，我们提出了高保真度检测的多量子位捕获离子寄存器的实验演示，平均单量子位检测误差为4.2（1.5）ppm和4量子位状态检测误差为17（2）ppm，限制了量子位的衰变寿命，使用一种新型的单光子敏感的相机，具有快速的数据收集，出色的时间和空间分辨率，和低仪器串扰。
2021-04-20 quant-ph
Demonstration of Slow Light in a Rubidium Vapour Using Single Photons from a Trapped Ion
量子网络的实际实现可能会连接不同类型的量子系统。当光子互连将系统连接在一起时，它们必须保持光子的量子特性。这些光-物质界面可以用作必要的通信工具，例如同步光子到达时间以进行纠缠分布。由于量子位寿命长，被囚禁的离子是通信节点的强有力的候选者（C。Langer等人，PRL.，238，060502，（2005））和高保真离子-光子纠缠（A. Stute等人，纳特，485，482，（2012）），而中性原子是通用的量子系统，可用作存储器（L.M. Duan等人，纳特，414，413（2001），B. Jing等人，arXiv：1801.01193，H. P. Specht，Nat.，473，190（2011）），对于光子存储（O. Katz等人，国家通讯社，9，2074（2018））或通过慢光（R. M.卡马乔等人，PRA，73，063812，（2006），Camacho等人，PRL，98，153601，（2007））。这两种量子技术的发展在很大程度上是在不同的轨道上进行的，部分原因是它们的操作波长不同，但将这些平台结合起来，可以提供一个引人注目的混合量子系统，用于量子网络和分布式量子计算。在这里，我们展示了第一次相互作用的光子发射出一个被困的离子，中性原子通过实施慢光在温暖的原子蒸气。我们使用两个超精细吸收共振在一个温暖的$^{87}$ Rb蒸汽提供一个慢光介质中，其中一个单光子从一个被…
2018-08-23 physics.atom-ph quant-ph
Nearest Centroid Classification on a Trapped Ion Quantum Computer
近年来，量子机器学习在理论和实践上都有了相当大的发展，已经成为寻找量子计算机在现实世界中应用的一个很有前途的领域。为了实现这一目标，我们将最先进的算法和量子硬件结合起来，为量子机器学习应用提供实验演示，并为其性能和效率提供可证明的保证。特别是，我们设计了一个量子最近质心分类器，使用有效地加载经典数据到量子态和执行距离估计的技术，并在11量子比特捕获离子量子机上进行实验证明，匹配MNIST手写数字数据集的经典最近质心分类器的准确性，并实现高达100%的准确性为8维合成数据。
2020-12-09 quant-ph
Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits
量子计算机可以比任何传统计算机更有效地解决某些问题。小量子算法已经在多个量子计算平台上得到了证明，许多量子计算平台专门在硬件中定制以实现特定算法或执行有限数量的计算路径。在这里，我们展示了一个五量子比特的捕获离子量子计算机，它可以在软件中编程，通过执行任何通用量子逻辑门序列来实现任意量子算法。我们将算法编译成一组完全连接的门操作，这些门操作是硬件固有的，平均保真度为98%。重新配置这些门序列提供了实现各种算法的灵活性，而无需改变硬件。作为示例，我们实现了Deutsch-Jozsa（DJ）和Bernstein-Vazirani（BV）算法，平均成功率分别为95%和90%。我们还对五个陷阱量子比特进行了相干量子傅里叶变换（QFT），用于相位估计和周期寻找，平均准确度分别为62%和84%。这种小型量子计算机可以在单个寄存器内扩展到更大数量的量子位，并且可以通过离子穿梭或光子量子信道连接几个这样的模块来进一步扩展。
2016-08-03 quant-ph
Trapped-Ion Quantum Simulator: Experimental Application to Nonlinear Interferometers
我们展示了如何实验实现的一组操作上一个单一的被困离子是足够的模拟一类广泛的哈密顿的自旋1/2粒子在外部的潜力。该系统还能够模拟其他物理动力学。作为演示，我们模拟了$n$阶非线性光学分束器的作用。这些分束器中的两个可以用于构造对干涉仪光束路径中的一个中的相移敏感的干涉仪。确定这些相移的灵敏度随$n$线性增加，并且模拟表明，与由线性分束器（$n$ =1）施加的标准量子限制相比，使用非线性分束器（$n$ = 2，3）增强了这种灵敏度。
2002-11-06 quant-ph
Three-dimensional matter-wave interferometry of a trapped single ion
我们报告的演示拉姆齐干涉术的三维运动与一个被困的$^{171}Yb^+$离子。我们采用了动量踢的离子在一个方向上的对角线的陷阱轴启动三维运动使用锁模脉冲激光。对干涉信号进行了理论分析，论证了三维物质波干涉。这项工作为利用囚禁离子实现物质波干涉测量奠定了基础。
2021-02-03 physics.atom-ph quant-ph
Trapped ion quantum hardware demonstration of energy calculations using a multireference unitary coupled cluster ansatz: application to the BeH2 insertion problem
本研究利用多参考幺正耦合簇拟设的变分量子本征求解器，在离子阱量子硬件上计算BeH2强关联几何的基态能量，通过资源缩减大幅降低双量子比特门数并减少测量，能量损失仅2.69%。
2025-06-23 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Simple implementation of a quantum search with trapped ions
我们提出了一个离子阱实现Grover的量子搜索算法的任意长度N的非结构化数据库。实验实现是有吸引力的简单，因为线性离子阱允许一个简单的结构，在一个单一的相互作用步骤，没有大量的Hadamard变换，反射算子，这是引擎的Grover算法。因此，所需的物理步骤的数量急剧减少，仅为O（\sqrt{N}），与数学步骤的数量相同。建议的设置允许演示原始的（概率）Grover搜索和它的确定性变化，是非常强大的寄存器初始化的缺陷。
2009-09-29 quant-ph
Experimental demonstration of the stability of Berry's phase for a spin-1/2 particle
几何相位被认为是脆弱量子系统抗噪声相干操纵的候选者。由于它只由量子态的路径决定，噪声涨落的存在以不同于动力学相位的方式影响几何相位。我们在实验上测试了自旋为1/2的粒子在周期变化的磁场中Berry几何相位的鲁棒性。使用捕获极化超冷中子，它表明，几何相位的贡献，由于绝热场波动消失的演化时间长。
2008-12-19 quant-ph
Quantum Memory with Optically Trapped Atoms
报道了在远失谐光偶极阱中实现原子集体态量子存储的实验研究。集体原子态的产生是由拉曼散射光子的检测预示的，并伴随着在原子系综中的存储。光偶极阱在量子存储过程中对原子提供了限制，同时保持了原子的相干性。我们通过拉曼散射产生的光子对的互相关和存储在存储器中的原子态的检索来探测量子存储。非经典的相关性观察到的存储时间高达60微秒。
2008-08-20 quant-ph
Experimental quantum channel discrimination using metastable states of a trapped ion
本研究利用单个囚禁$^{40}\ ext{Ca}^{+}$离子的6维$\ ext{D}_{5/2}$亚稳态空间，实现了三种经典通信编码对应量子信道的非歧义单次区分，准确率超99%，突破了经典重复查询方式的局限。
2023-11-06 physics.atom-ph quant-ph
Quantum simulation of molecular spectroscopy in trapped-ion device
由于分子的复杂性和量子性质的涌现作用，分子是量子计算机模拟要求最高的量子系统。Huh等人（Nature Photon.，9，615（2015））表明，具有高斯输入状态的多光子网络可以模拟分子光谱过程。在这里，我们报告的第一个实验演示的分子振动光谱的SO $_{2}$与捕获离子系统。在我们的实现中，分子散射操作被分解为一系列基本的量子光学操作，这是通过拉曼激光束实现的，导致多模高斯（Bogoliubov）变换。分子光谱信号的重建从集体投影测量声子模式的捕获离子系统。我们的实验演示将为大规模分子量子模拟铺平道路，这是经典的棘手。
2017-02-16 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Experimental demonstration of an efficient number diagnostic for long 1D ion chains
非常长的一维（1D）离子链是许多应用的基础，特别是在量子信息处理中，并且需要可靠的诊断来量化它们。为此目的，我们已经实验验证了杜宾的模型非常长的离子链[物理评论快报。71，2753（1993）]。通过测量最内层粒子的离子-离子距离以及沿离子链方向的捕获电势，该诊断允许精确地确定捕获离子的数量，精度几乎为1%，而无需计数它们。在我们的实验中，基于155个离子链，中心30个离子被测量为等距优于2%，并且我们可以以4.5%的不确定度确定被捕获的离子的总数，完全由对阱的实验特性的保守估计所支配。
2016-04-13 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of a mobile ion-trap quantum device
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät, Universität Siegen（锡根大学自然科学技术学院）；Alpine Quantum Technologies（阿尔卑斯量子技术）
本研究首次在直线型保罗阱中成功传输数千个离子，为可移动囚禁离子量子器件奠定基础，有望实现保罗阱中奇异离子的跨设施传输。
2026-10-15 physics.atom-ph quant-ph
Photoionization of strontium for trapped-ion quantum information processing
我们报告了一个简单而有效的锶离子加载到一个线性射频保罗陷阱使用光电离演示。电离途径为5s 2 1 S 0 - 5s 5 p 1 P1 - 5 p2 1D 2，5 p2 1D 2终态为自电离。这两种跃迁都是使用二极管激光器驱动的：光栅稳定的922 nm二极管在单次通过酒石酸钾时加倍到461 nm，裸二极管在405 nm。使用这种技术，我们已经减少了背景压力的离子加载过程中的一个因素相比，传统的电子轰击技术的2。初始离子温度足够低，离子立即形成晶体。也可以在离子产生期间用CCD相机观察捕获区域，从而允许以高概率加载特定的离子数。
2006-07-07 quant-ph
Single-atom demonstration of quantum Landauer principle
信息处理的突出挑战之一是在执行逻辑运算时有效地抑制能量消耗。朗道原理在删除一个经典的信息位时设置了能量约束。虽然人们已经尝试从实验上接近朗道原理限制的基本极限，但从纯量子力学的角度探索朗道原理仍然是一个悬而未决的问题。利用被捕获的超冷离子，我们实验证明了量子版本的Landauer原理，即，与信息擦除的能量成本相关联的等式结合相关联的量化环境的熵变化。我们的实验研究证实了信息热力学和信息处理的量子候选系统之间的密切联系。
2018-03-28 quant-ph
Experimental Demonstration of Swift Analytical Universal Control over Nearby Transitions
随着量子系统中维度的缩放，系统能级之间的跃迁频率将变得接近，这通常通过微弱而漫长的脉冲来解决。在这里，我们扩展和实验证明了基于分析的快速量子控制技术的四能级捕获离子系统，在那里我们执行单独或同时控制两对光谱附近的跃迁与定制的时变驱动，实现操作的精确度范围从99.2（3）\%到99.6（3）\%。值得注意的是，我们实现了大约一个数量级的速度相比，弱方脉冲的情况下，一般的控制。因此，我们的证明对于光谱学、量子信息处理和量子模拟等具有广泛应用前景的光谱拥挤量子系统具有重要意义。
2022-01-17 quant-ph
Wavelength-Scale Imaging of Trapped Ions using a Phase Fresnel lens
采用微加工相位菲涅耳透镜对射频Paul阱中的镱离子进行成像。离子被激光冷却到接近369.5 nm跃迁的多普勒极限，减少离子运动，使每个离子形成近点源。通过检测同一跃迁上的离子荧光，实现了光斑尺寸小于440 nm（FWHM）的近衍射极限成像。这是第一次演示的图像捕获离子的分辨率上的过渡波长的顺序。
2011-01-24 physics.optics quant-ph
Trapped-Ion Quantum Computing: Progress and Challenges
囚禁离子是实用量子计算（QC）中最有前途的系统之一。通用QC的基本要求都已经用离子和使用少离子量子比特系统的量子算法进行了证明。我们回顾了该领域的现状，涵盖了捕获离子如何用于QC的基础知识，以及它们作为量子比特的优势和局限性。此外，我们讨论了正在做什么，可能需要什么，以增加捕获离子量子计算机的规模，同时减轻退相干和控制错误。最后，我们探讨了离子阱质量控制的前景。特别是，我们讨论了近期的应用，考虑影响未来系统的设计被困离子，实验和演示，可能会进一步通知这些考虑。
2019-04-08 physics.atom-ph quant-ph
Simplified approach to generate controlled-NOT gates with single trapped ions for arbitrary Lamb-Dicke parameters
对于某些{ \it特定}（或{ \it“魔术”}）Lamb-Dicke（LD）参数，Monroe { \it et al}表明[Phys. Rev. { \bf A 55}，R2489（1997）]，可以通过施加单载波激光脉冲来实现单个捕获离子的外部自由度和内部自由度之间的双量子比特量子操作。在这里，我们进一步表明，这样的两个量子位操作（这是相当于标准的CNOT门，只有除了某些相位因子）也可以显着很好地实现为{ \it任意}选择的LD参数。代替在先前的演示中使用的所谓的“$π$ -脉冲”，在本提议中应用的脉冲的持续时间需要被精确地设置在离子的退相干时间内。我们还提出了一种简单的方法，即只使用一个非谐振（例如，蓝边带）激光脉冲，以消除在用于产生标准CNOT门的上述两量子位操作中存在的不想要的相位因子。
2008-10-13 quant-ph
Resource-efficient dissipative entanglement of two trapped-ion qubits
我们提出了一种简单的耗散产生两个囚禁离子量子比特纠缠态的方法。我们的实现产生其目标状态更快，更高的保真度比以前的演示耗散纠缠产生，并消除了对辅助离子的需要。纠缠单重态在$\sim$ 7 ms内产生，保真度为0.949（4）。失真的主要来源是光子散射。我们讨论这个错误的来源和策略，其缓解。
2021-08-06 physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of a Parametrically-Activated Entangling Gate Protected from Flux Noise
在最先进的量子计算平台中，包括超导量子位和捕获离子，2量子位纠缠门中的缺陷是误差对系统范围性能的主要贡献。最近，一种新的2-qubit参量门被提出，并与超导transmon量子比特的演示。该门通过对transmon频率的RF调制来激活，并且可以在性能对通量噪声一阶不敏感的幅度下操作。在这项工作中，我们通过实验验证了这种交流甜蜜点的存在，并证明其依赖于白噪声功率从室温电子。有了这些因素，我们测量相干限制的纠缠门结晶度高达99.2 $\pm$ 0.15%。
2019-12-17 quant-ph
Demonstration of a quantum logic gate in a cryogenic surface-electrode ion trap
我们展示了一个单一的被困离子在低温，表面电极陷阱的量子控制技术。Sr+的窄光学跃迁与谐波俘获势的基态和第一激发运动态一起形成两量子比特系统。光学量子比特跃迁易受磁场涨落的影响，我们用一种简单而紧凑的方法使用超导环来稳定它。运动量子比特的退相干被低温环境抑制。AC斯塔克位移校正是通过控制脉冲序列器中的激光相位来实现的，从而消除了对额外激光器的需要。利用条件脉冲序列实现了原子和运动态的量子过程层析成像。通过这些技术，我们在单个离子中展示了Cirac-Zoller控制非门，平均保真度为91（1）%。
2010-07-27 quant-ph
Breakeven demonstration of quantum low-density parity-check codes
IonQ, Inc.（IonQ公司）
利用离子阱量子计算机的灵活性，无需硬件重配置即可演示九种不同量子纠错码，其中qLDPC码在18个物理量子比特上编码4个逻辑量子比特，逻辑错误率比先前类似演示低9倍，并实现了盈亏平衡性能。
2026-09-15 cs.IT math.IT quant-ph
Transversality and lattice surgery: exploring realistic routes towards coupled logical qubits with trapped-ion quantum processors
主动量子纠错已被确定为未来量子计算机的关键成分，激发了最近的实验努力，使用小拓扑码编码逻辑量子比特。除了证明编码的有益作用外，大规模量子计算机进展的一个盈亏平衡点将是实现一组通用的门。各种量子技术很快将面临这一中期挑战，这就迫切需要对其前景进行现实的评估。在这项工作中，我们追求这一目标，通过评估当前的捕获离子架构的能力，面对这一追求的最苛刻的部分之一：编码的逻辑量子比特之间的纠缠CNOT门的实现。我们提出了一个详细的比较研究的两种替代策略的捕获离子拓扑色码，无论是横向或晶格手术的方法，其特征在于一个详细的微观建模的当前技术能力和实验来源的噪音困扰不同的操作。我们仔细的容错设计，再加上低资源优化，使我们能够通过详尽的数值模拟确定的实验制度，每种方法变得有利。我们希望我们的研究有助于指导离子阱量子计算机的未来发展。
2018-01-22 quant-ph
Integrated-Photonics-Based Systems for Polarization-Gradient Cooling of Trapped Ions
Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）；Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院林肯实验室）
本文提出利用集成光子学实现阱离子的极化梯度冷却，首次实验演示了该技术，提升了阱离子系统的计算效率。
2024-11-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Coherent coupling and non-destructive measurement of trapped-ion mechanical oscillators
本研究通过振荡电势实现了囚禁离子晶体中不同运动模式间单量子的相干交换，演示了高保真度量子态转移、分束器操作、模式纠缠及非破坏性投影测量，提升了其在连续变量量子计算与纠错中的适用性。
2024-07-30 quant-ph
Probing Quantum Fluctuations of Work with a Trapped Ion
在这一章中，我们说明了如何捕获离子系统可以用于量子热力学的实验研究，特别是量子涨落的工作。随着纳米/微米尺度技术的发展，在量子力学水平上理解热力学变得至关重要。捕获离子系统是实验演示量子现象的代表性物理平台，具有出色的控制性和精确性。我们提供了一个基本的介绍，囚禁离子系统和量子热力学的实验研究的理论框架。然后，我们提出了两个具体的例子的实验演示。最后，我们讨论了囚禁离子系统量子热力学实验研究的结果和未来。
2019-02-01 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Demonstration of quantum computation and error correction with a tesseract code
该研究在 Quantinuum 囚禁离子系统上用 tesseract 子系统色码实现多达12个逻辑量子比特的高保真编码图态，并经五轮容错纠错，使逻辑电路错误较未编码电路降低一个数量级。
2024-12-05 quant-ph
Observation of a quantum phase transition in the quantum Rabi model with a single trapped ion
量子相变（QPT）通常与具有接近热力学极限的大自由度的多体系统相关联。在这样的系统中，当哈密顿量的控制参数被扫描过量子临界点时，多体基态在零温度下表现出突变。最近人们认识到，在由量子拉比模型（QRM）描述的仅由二能级原子和单模玻色场组成的简单系统中也可以发生QPT。在这里，我们报告的第一个实验演示中的QRM使用一个单一的捕获离子的QPT。我们测量了离子的平均上旋态布居数和空间振荡模中的平均声子数作为两个序参量，观察到了离子与其空间运动之间耦合的缓慢猝灭导致的相变的明显证据。在不施加热力学极限的情况下，对基本量子光学模型中的相变进行实验探索，为量子点理论和量子临界现象的受控研究开辟了一个新的窗口。
2021-02-10 quant-ph
Optimizing Electronic Structure Simulations on a Trapped-ion Quantum Computer using Problem Decomposition
量子计算机有可能通过执行昂贵的电子结构计算来推进材料设计和药物发现。该应用的一个关键方面需要优化量子硬件的有限资源。在这里，我们通过实验展示了一个端到端的管道，该管道专注于在保持准确性的同时最大限度地减少量子资源。利用密度矩阵嵌入理论作为问题分解技术，在离子阱量子计算机上，模拟了一个由10个氢原子组成的环，没有冻结任何电子。最初的20量子位系统被分解为10个两量子位问题，使其适合当前可用的硬件。结合量子位耦合簇电路分析、电路优化和密度矩阵纯化，在最小基组上精确地再现了与全组态相互作用能一致的势能曲线.我们的实验结果是问题分解的潜力的早期证明，以准确地模拟量子硬件上的大分子。
2021-09-28 quant-ph
Investigating the origin of time with trapped ions
即使处于能量本征态的量子系统不随时间演化，它们也可以表现出内部自由度之间的相关性，使得其中一个内部自由度的行为像时钟变量，从而定义了一个内部时间，该内部时间参数化了其他自由度的演化。这种情况在量子宇宙学中引起了极大的兴趣，在量子宇宙学中，时间重新参数化下的不变性意味着时间坐标消失，并被惠勒-德维特约束所取代。在这里，我们表明，这个悖论可以通过实验研究使用精致的控制，现在可在中等大小的量子系统。我们详细描述了如何实现这样的实验演示使用的自旋和运动自由度的一个单一的被困离子。
2014-10-24 gr-qc quant-ph
Demonstration of fault-tolerant Steane quantum error correction
本研究在 trapped-ion 量子计算机上演示了多轮容错Steane量子纠错，采用多种QEC码，相比flag量子比特方法提升了逻辑保真度，确立了其作为容错量子计算的竞争性范式。
2023-12-15 quant-ph
Theory and Experimental Demonstration of Quantum Invariant Filtering
本文提出量子不变滤波（QIF）方法，从频域目标设计驱动场，在氮-空位中心实现高保真滤波，相干时间比CPMG长两个数量级，且对50%幅度误差鲁棒，适用于多种量子平台。
2025-06-18 quant-ph
Preserving multi-level quantum coherence by dynamical decoupling
多能级系统（qudits）的量子信息处理提供了比两能级系统更多的特征和应用。然而，量子点更容易失相，量子点的动力学解耦从未被实验证明。在这里，作为一个证明的原理演示，我们实验应用动态去耦，以保护叠加与三个层次的捕获$^9\rm{Be}^+$离子从环境噪声磁场，延长相干高达约一个数量级。我们的演示，直接可扩展到更多的水平，可能会开辟一条通往长相干量子存储器，计量学和量子信息处理的道路。
2022-03-02 quant-ph
Demonstration of measurement-free universal fault-tolerant quantum computation
在囚禁离子量子处理器上实验演示了无需线路中测量的容错通用逻辑操作工具箱，并基于状态注入在八量子比特码上容错实现了Grover量子搜索算法，为无测量量子计算提供了初步步骤。
2025-06-27 quant-ph
Demonstration of two-atom entanglement with ultrafast optical pulses
我们利用超快激光脉冲序列演示了两个囚禁原子离子量子比特的量子纠缠。与以前的库仑相互作用介导的纠缠演示不同，该方案不需要限制在Lamb-Dicke区域，并且由于其速度对环境噪声不太敏感。为了阐明超快相位门的物理机制，我们仅用10个脉冲产生了高纠缠率，每个脉冲的持续时间为$\sim20$ ps，并展示了具有$(76\pm1)$ %保真度的纠缠Bell态.这些结果为通过仅激发局部运动模式在大量量子比特集合内进行纠缠操作铺平了道路。
2017-09-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Efficient Implementation of a Quantum Algorithm with a Trapped Ion Qudit
本文在最高八能级的单个囚禁离子 qudit 上实现多音控制，并首次于五维和八维 qudit 上运行 Grover 搜索，以线性单量子位门且无纠缠门实现具竞争力的保真度。
2025-06-11 quant-ph
Cryogenic Time-Division-Multiplexed Voltage Control for Scalable Trapped-Ion Quantum Processors
QuEL, Inc.（QuEL公司）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）；International Center for Elementary Particle Physics (ICEPP), The University of Tokyo（东京大学 elementary 粒子物理国际中心）；Komaba Institute for Science (KIS), The University of Tokyo（东京大学驹场理学研究所）；e-trees. Japan, Inc.（e-trees日本公司）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学研究所）
本研究开发并验证了极低温环境下基于时间分复用的电压控制方案，用于静态和动态电极，解决了真空导管瓶颈问题。
2026-05-18 quant-ph
Scalable Loading of a Two-Dimensional Trapped-Ion Array
我们描述了快速，随机存取加载的二维（2D）表面电极离子阱阵列的基础上，两个交叉的光电离激光束。随着使用的预冷中性原子从一个远程源的连续通量，我们实现了每个站点的单个离子的加载，同时保持长的陷阱寿命，而不会干扰相邻站点中的离子量子位的相干性。这个演示满足了加载和重新加载广泛的2D阵列所需的所有主要标准，这将是大规模量子信息处理所需的。此外，已经很高的加载速率可以通过并行加载离子来增加，仅伴随着光电离激光功率的增加，并且不需要额外的原子通量。
2015-11-10 physics.atom-ph quant-ph
Experimental demonstration of shaken lattice interferometry
我们在实验上演示了一个振动晶格干涉仪。原子被囚禁在红失谐光晶格的布洛赫基态中。使用基于dCRAB算法的闭环优化协议，我们对晶格进行相位调制（摇动）以转换原子动量态。通过这种方式，我们实现了原子分束器，并建立了五个不同的询问时间$T_I$的干涉仪。振动晶格干涉测量的灵敏度显示为$T_I^2$，与模拟一致[1]。最后，我们表明，我们可以测量施加的信号的符号和优化的干涉仪中存在的偏置信号。[1]C. A. Weige，H.于河，巴西-地Kosloff和D. Z. Anderson，Phys. Rev. A 95，043624（2017）。
2018-01-28 physics.atom-ph quant-ph
