Quantum Information Processing and Entanglement in Solid State Devices
对电子自旋态的控制，如相干操纵、滤波和测量，有望在传统以及量子计算和量子通信中获得新技术。本文综述了最近提出的利用量子受限结构中的电子自旋作为量子比特的理论方案。我们还提出了一个理论上的建议，测试贝尔不等式在纳米电子器件。我们证明了在纳米结构半导体/铁磁半导体/半导体结的自旋过滤效应中可以检测到两个电子自旋的纠缠。特别是，我们展示了如何通过测量该设置中的电流-电流关联函数来测试贝尔不等式。
2004-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum optical diode with semiconductor microcavities
半导体二极管作为整流器，允许单向电子传输，是集成电路中信息处理的关键。类似地，工作在特定目标波长的光整流器（或二极管）最近成为光通信和信号处理中的梦想器件。本文提出了一种在少光子水平上实现光子输运的光学二极管的方案。该系统由两个空间重叠的单模半导体微腔通过${χ^{(2)}}$非线性耦合组成。预测在该系统中将发生光子阻塞。这些光子阻塞效应可以通过调谐输入激光场（驱动场）的频率来实现。基于这些阻塞，我们推导出解析的单光子和双光子电流的零和有限时间延迟的二阶关联函数。结果表明，该系统可以作为一个单光子和双光子量子光学二极管，允许光子传输在一个方向上比在其他更有效。
2014-03-22 quant-ph
Diverse methods and practical aspects in controlling single semiconductor qubits: a review
本文综述了共振激发、绝热捷径、复合脉冲和量子最优控制等方法，及其在单半导体自旋与电荷量子比特高保真、抗噪声量子门实现中的实践。
2024-12-04 quant-ph
Quantum Information Processing with Ferroelectrically Coupled Quantum Dots
我描述了一个建议，构建一个量子信息处理器使用铁电耦合Ge/Si量子点。单个电子的自旋形成了基本量子比特。小的（直径<10 nm）Ge量子点被光学激发以在Si中产生自旋极化电子。外延铁电薄膜的静态极化将电子横向限制在半导体中;最近邻电子之间的自旋相互作用由光学整流的非线性过程介导。单量子位操作通过Ge/Si结构中的“g因子工程”实现;自旋-自旋相互作用通过海森堡交换发生，由铁电门控制。虽然量子计算需要读出最终状态的方法，但没有描述;涉及单电子晶体管的电子方法可能证明在满足这一要求方面富有成效。
2001-01-05 cond-mat quant-ph
Semiconductor-on-diamond cavities for spin optomechanics
针对金刚石悬浮器件加工难和易发热问题，提出无需底部掏空的半导体-金刚石平台，设计出兼具高耦合与低耗散的光力学晶体腔，实现了与金刚石自旋量子比特的光力学耦合，为量子信息处理器件提供了新途径。
2023-02-09 physics.optics quant-ph
Persistent Spin Textures in Semiconductor Nanostructures
半导体自旋电子学中的器件概念使得期望长的自旋寿命，并且通过量子信息处理方案对自旋控制的要求甚至更高。不幸的是，由于自旋-轨道耦合，半导体中的电子自旋通常会经历相当快的退相干。然而，在由锌半导体制成的二维量子阱中，自旋-轨道相互作用可以被设计成这样一种方式，即使在存在无序和缺陷的情况下，也会出现具有非常长自旋寿命的持久自旋结构。我们回顾了实验和理论发展这一主题的$n$掺杂和$p$掺杂的结构，我们讨论了可能的器件应用。
2016-09-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Monolithic Semiconductor Chips as a Source for Broadband Wavelength-Multiplexed Polarization Entangled Photons
从单片芯片中产生纠缠光子是光量子信息处理包括量子密钥分发和量子计算的实际应用的一个重要里程碑。超宽带纠缠光子在诸如量子精密测量和多方纠缠分布等各种应用中具有特别的意义。在这项工作中，我们首次演示了从半导体芯片中直接产生宽带波长复用的偏振纠缠光子。在不使用任何片上补偿、干涉测量的情况下，观察到在电信频带中具有大至95 nm的信号-空闲间隔的纠缠光子。在这项工作中实现的0.98 $\pm$ 0.01的最高并发度也是最高的，据我们所知，与所有以前证明的半导体波导源相比。这项工作为完全集成的超宽带偏振纠缠光子源铺平了道路。
2015-11-03 quant-ph
A spin-coherent semiconductor photo-detector for quantum communication
我们描述了如何在半导体器件中将量子信息从光子极化转移到电子自旋。量子信息的传递依赖于光学跃迁的选择规则，使得两个叠加的光子偏振激发两个叠加的自旋态。通过使用单个非简并初始价带来防止电子自旋状态与剩余空穴的自旋状态的纠缠。应变和静磁场的共同作用可以提高价带的简并度。我们给出了一个半导体结构的详细描述，转移光子极化电子自旋相干，并允许电子自旋被存储，并可用于量子信息处理。
2000-12-08 quant-ph
Testing Bell's Inequality with Ballistic Electrons in Semiconductors
我们提出一个实验来检验凝聚态物理中贝尔不等式的违反。我们展示了如何利用库仑耦合半导体量子线中的弹道电子产生、操纵和探测纠缠态。由于它的简单性（只需要五个门来准备纠缠态和测试贝尔不等式），所提出的基于半导体的方案可以用目前可用的技术来实现。此外，它的基本成分可能在固态设备中的大规模量子信息处理中发挥作用。
2001-02-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlled-Not Quantum Logic Gate in Two Strongly Coupled Semiconductor Charge Qubits
可扩展量子信息处理的一个关键要求是实现多量子位量子门。通用多量子位门可以由一组通用单量子位门和任何一种双量子位门（如受控非（CNOT）门）实现。半导体量子点量子比特由于其大规模集成的潜力而成为量子计算物理实现的主要途径。到目前为止，双量子位门操作仅在基于单个电子自旋的量子点系统中得到证明。由于去相干时间相对较短，量子点中的电荷量子比特通常被认为是优于单量子比特水平的。在这里，我们展示了基准CNOT门在两个电容耦合的电荷量子比特，每个由一个电子限制在GaAs/AlGaAs双量子点。由于量子比特间的强耦合，门操作的时钟速度可达5GHz。一个处理层析成像显示，通用的两个量子位门操作具有可比的双量子位门的自旋。我们的研究结果表明，半导体电荷量子位在可扩展的量子计算方面具有相当大的潜力，并且可能会刺激远程库仑相互作用在其他设备中用于相干量子控制。
2014-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonclassical light generation and control from laser-driven semiconductor intraband excitations
我们调查的产生高次谐波从量子光学的角度来看，通过半导体与相干泵浦场的相互作用集中在强场带内激发占主导地位的制度。近似求解了系统的薛定谔方程，分析了基模和高频模的经典和量子特性。我们发现复杂的，但足够温和的修改的基本模式和相干位移取决于位置正交分量的驱动激光场的谐波模式在我们的近似由于复杂的诱导非线性相互作用。与原子中的高次谐波产生类似，所有辐射场模式都是纠缠的，从而允许在大频率范围内具有高光子数的量子信息处理的潜在新协议。
2022-12-22 quant-ph
Nuclear Spins in a Nanoscale Device for Quantum Information Processing
在纳米尺度的核磁共振半导体器件中，研究了I=3/2的四个核自旋态的任意两个能级之间的相干振荡。利用该器件，我们讨论了I=3/2系统中两个虚拟量子比特的量子逻辑运算，并提出了一种基于纵向磁化测量的量子态层析方案$M_z$ .
2006-12-29 quant-ph
Quantum Information Processing in Nanostructures
半导体量子点与超快光谱技术集成是构建用于量子信息处理的可扩展架构的主要候选者。在这篇综述论文中，我们调查了目前的理论建议有关的纳米结构量子比特及其相互作用的全光控制。这些方案提供了潜在的超快光学操作的量子信息的时间尺度内的相干时间。
2004-06-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two Polarization Entangled Sources from the Same Semiconductor Chip
在单片芯片上产生光子的非经典态，如偏振纠缠态，是实现量子计算和量子密钥分发等光量子信息处理的重要一步。在这里，我们展示了两个偏振纠缠光子源在一个单片半导体波导。第一个源是通过同时利用两个自发参量下转换（SPDC）过程，即0型和I型SPDC过程。该芯片还可以通过II型SPDC过程产生偏振纠缠光子，从而能够在同一设备中产生共偏振和交叉偏振纠缠光子。在这两种情况下，偏振纠缠直接在芯片上产生，而不使用任何片外补偿，干涉或带通滤波。这使得能够利用相同的泵浦源同时直接地、基于芯片地生成贝尔状态$(|H,H\rangle+|V,V\rangle)/\sqrt{2}$和$(|H,V\rangle+|V,H\rangle)/\sqrt{2}$。此外，基于化合物半导体，该芯片可以直接与自己的泵浦激光器集成。这项技术开创了一个独立的、集成的、电泵浦的、室温偏振纠缠光子源的时代。
2015-11-06 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
Long-Distance Superexchange between Semiconductor Quantum-Dot Electron Spins
半导体量子点自旋量子比特由于其长的相干时间和潜在的可扩展性，在量子信息处理方面具有很大的前景。然而，保持量子点自旋量子位之间的高连接性，这有利于具有最近邻耦合的线性阵列，对大规模量子计算提出了挑战。在这项工作中，我们提出的证据，长距离自旋链介导的超交换耦合的电子自旋量子比特在半导体量子点。我们弱耦合两个电子自旋的两端的两个网站的自旋链。根据链的自旋状态，我们观察到远端自旋之间的振荡。我们解决了两端的自旋和链本身的动力学，我们的测量与模拟一致。超交换是一种很有前途的量子点自旋量子位之间长距离耦合的技术。
2021-01-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical bistability in artificial composite nanoscale molecules: Towards all optical processing at the nanoscale
从理论上研究了由半导体量子点和贵金属纳米颗粒组成的人工复合纳米分子的光学响应。我们考虑了由Au粒子和CdSe或CdSe/ZnSe量子点组成的系统，并预测了其响应的光学双稳态和滞后，这表明了各种应用，特别是全光处理和光存储。
2010-12-28 physics.optics quant-ph
Efficient exciton generation in a semiconductor quantum dot-metal nanoparticle composite structure using conventional chirped pulses
我们考虑由耦合到金属纳米颗粒的半导体量子点组成的纳米结构，并通过数值模拟表明，即使对于较小的粒间距离，也可以从基态鲁棒地产生量子点的激子态。使用具有高斯和双曲正割包络的传统啁啾脉冲。使用描述系统的非线性密度矩阵方程解释了在最终激子种群中观察到的相对于所施加脉冲的啁啾符号的不对称性，并且归因于从量子点中的激子和金属纳米颗粒中的等离子体激元之间的相互作用中出现的参数的实部。传统的啁啾脉冲，这也可以很容易地在实验室中实现的简单性，使所提出的强大的量子控制方案的超快纳米开关和量子信息处理任务的实施与半导体量子点潜在有用。
2022-12-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust states in semiconductor quantum dot molecules
脉冲激光相干驱动半导体量子点是研究受限量子态动力学性质的基本物理系统。这些系统是固态量子比特的有吸引力的候选者，这为量子信息处理中的几项研究提供了可能性。在这项工作中，我们研究了一个特定的退相干过程，激子态的自发发射，在量子点分子的影响。我们的系统考虑三能级哈密顿模型和解决相应的主方程的Lindblad形式。我们的结果表明，与直接激子相关的自发发射有助于建立一个强大的间接激子态。这种对退相干的鲁棒性允许在量子存储器和量子门架构中的潜在应用。我们进一步研究了几个制度的物理参数，表明这一过程很容易控制外部领域的调谐。
2010-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Semiconductor-inspired design principles for superconducting quantum computing
超导电路在量子领域提供了巨大的设计灵活性，最近的成果是证明了几个量子比特系统接近容错量子信息处理的阈值。固态的竞争来自半导体量子比特，其中自然赋予了一些非常有用的性质，这些性质可以用于基于自旋量子比特的量子计算。在这里，我们开始探索如何从基于自旋的系统推导出的选择性设计原则可以用来推进超导量子比特科学。我们沿着这条道路迈出了第一步，提出了一种编码量子位的方法，可实现与国家的最先进的可调约瑟夫森结量子位。我们的研究结果表明，这种设计理念有希望，能够实现无微波控制，并为未来的量子位设计提供了一条新的途径，例如具有更高的保真度，或者可能在更高的温度下运行。该方法也特别适合于基于可变超半结的量子位。
2016-03-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Inherent polarization entanglement generated from a monolithic semiconductor chip
创建光学量子信息协议的微型芯片规模实现是量子光学社区中许多人的梦想。这主要是因为稳定性和可扩展性的承诺。在这里，我们提出了一个单片集成的芯片架构，在此基础上建立一个光子器件的原始称为布拉格反射波导（BRW）。在砷化镓中实现，我们表明，通过自发参量下转换过程，BRW能够直接产生偏振纠缠光子，而无需额外的路径差补偿，光谱滤波或后选择。分裂后的孪生光子后，他们出现在芯片上，我们进行了各种相关测试的光子对，并显示其偏振的非经典行为。结合BRW的多功能架构，我们的研究结果表明，BRW设计作为一个严重的竞争者，建立大规模实现的光量子处理设备。
2013-04-17 quant-ph
Photon statistics of radiation emitted by two quantum wells embedded in two optically coupled semiconductor microcavities
本文从理论上研究了两个光耦合半导体微腔中光场的光子统计特性。发射由每个量子阱中的激子-光子耦合和两个光耦合微腔之间的内部相互作用之间的相互作用决定。通过量子阱-腔耦合强度和光子隧穿，可以实现对透射场光子统计的高度相干控制和可调谐性。我们证明了一个量子阱发射的辐射的光学性质可以通过第二个量子阱的性质来控制。这一结果具有在量子信息处理中应用的潜力。研究表明，激子-光子耦合影响透射光强度谱中的极化激元共振。研究结果为设计高效可控的全光开关和高灵敏度的光传感器提供了理论依据。
2018-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Qubits made by advanced semiconductor manufacturing
全尺寸量子计算机需要集成数百万个量子比特。利用工业半导体制造来满足这一要求的前景推动了对硅量子点中量子计算的追求。然而，到目前为止，它们的制造依赖于电子束光刻，除了少数例外，还依赖于学术风格的剥离过程。虽然这些制造技术提供了工艺灵活性，但它们具有低产量和差的均匀性。一个重要的问题是，在制造工厂环境中开发的用于实现晶体管的高产率、生产量和均匀性的处理条件是否适合于量子点阵列并且不损害精细的量子位性质。在这里，我们展示了量子点托管在28 Si/28 SiO2接口，在300毫米的半导体制造设施，使用全光学光刻和完全工业化的处理。因此，我们实现了纳米级的栅极图案具有显着的均匀性。量子点在多电子区表现良好，具有出色的隧道势垒控制，这是容错双量子位门的关键特征。使用磁共振的单自旋量子比特操作揭示了在1特斯拉下超过1 s的弛豫时间和超过3 ms的相干时间，与迄今报道的硅自旋量子比特的质量相匹配。用完全工业化的技术制造高质量量子比特的可行性大大增强了大规模量子计算机的前景
2021-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
The two-qubit controlled-phase gate based on cross-phase modulation in GaAs/AlGaAs semiconductor quantum wells
基于探测光脉冲和信号光脉冲在非对称GaAs/AlGaAs双量子阱中的线性和非线性特性，提出了一种双量子比特控制相位门的实现方法。结果表明，在交叉相位调制的作用下，探测光脉冲和信号光脉冲在实现线性吸收和自克尔吸收同时抑制的同时，可以获得巨大的交叉克尔非线性效应和相互匹配的群速度.这些特性有助于展示一个全光双量子比特受控相位门，通过半导体中介有效地控制光子-光子纠缠。此外，我们还提出了一种仅使用偏振分束器和半波片，通过区分四个Bell态中的两个来区分两量子比特的最大纠缠偏振态的实用实验方案。这一方案有望实现固态介导的全光量子计算和信息处理。
2012-01-18 physics.optics quant-ph
Sub-cycle optical control of current in a semiconductor: from the multiphoton to the tunneling regime
超短光波形和固体之间的非线性相互作用可用于在飞秒（fs）时间尺度上诱导和引导电流，从而有望在PHz频率下进行电子信号处理[Nature 493，70（2013）]。到目前为止，这种方法仅限于绝缘体，需要极强的峰值电场和强度。在这里，我们展示了在与高速和高功率（光）电子器件相关的半导体中直接可测量的电流的全光生成和控制，氮化镓（GAN），在光周期内和短于2 fs的时间尺度上，强度至少比MEMS所需的强度低一个数量级。我们的方法为适用于低功率（非放大）激光脉冲的Phz电子学和计量学打开了大门，并可能导致半导体和光子集成电路技术的未来应用。
2016-11-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Interaction of light and semiconductor can generate quantum states required for solid state quantum computing: Entangled, steered and other nonclassical states
固态量子计算的建议是非常有前途的，因为它们可以用来建立室温量子计算机。如果这样的量子计算机被建造出来，它将需要各种量子信息处理任务所需的非经典状态的内置源。本文研究了由单色光耦合到具有直接带隙的双带半导体组成的物理系统中产生这种非经典态的可能性。模型哈密顿量包括光子-激子和激子-激子相互作用。相关的玻色子运营商的时间演化得到解析通过使用微扰技术，提供运营商的解决方案耦合海森堡的运动方程对应的系统哈密顿量。玻色子算符随后被用来研究在光和半导体的相关模式相互作用后观察单模和双模压缩和反聚束的可能性。此外，激子和光子模式之间的纠缠报道。最后，数值研究了开放量子系统的非经典效应。在这种情况下，两个模式之间的非局部相关性被证明违反EPR导向不等式。观察到的非经典特性，诱导由于激子-激子对相互作用，可以控制输入场的相位和两个模式之间的相关性被证明是由于在输入场的非经典性增强。
2018-11-24 quant-ph
Optically Loaded Semiconductor Quantum Memory Register
我们提出并分析了一种利用自组装量子点分子和电选通量子点分子之间的电容耦合的光加载量子存储器。自组装点用于自旋光子纠缠，其通过单光子探测预示的隐形传态过程转移到门控点进行长期存储或处理。我们说明了一个设备架构，使这种相互作用，我们概述了它的操作和制造。我们提供了自洽的泊松-薛定谔模拟，以建立设计的可行性和完善的设计，并估计的物理耦合参数和它们的灵敏度点的位置。我们提出的设备产生光子量子比特和固态量子比特之间的纠缠态的预示副本，故障时具有快速重置时间。由此产生的纠缠产生的快速速率对于涉及有损光信道的量子网络场景具有很高的实用性。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Trionic Optical Potential for Electrons in Semiconductors
激光诱导原子光学势在精确测量、量子信息和解决凝聚态物理中的基本问题方面取得了显著的进展。在这里，我们描述了量子阱和导线中电子的类似光学势，它们可以通过光学驱动单个电子和三体电子激子束缚态（称为trion）之间的跃迁来产生。束缚三电子态的存在给材料的交流斯塔克位移增加了一项，与电子位置处的光强成正比。根据我们的理论计算，这种位移相对于电子的热平衡温度可以很大，导致相对较强的光学势，可以用来捕获，引导，并操纵半导体量子阱或线内的单个电子。这些潜力可以被认为是100纳米尺度上的人工纳米结构，可以是自旋相关的和实时可重构的。我们的研究结果表明，在新的分辨载流子半导体光电器件中集成超快光学和门电压的可能性，在纳米电子学，自旋电子学和量子信息处理等领域具有潜在的应用前景
2010-11-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Deterministic Generation of Linear Photonic Cluster States with Semiconductor Quantum Dots: A Detailed Comparison of Different Schemes
Paderborn University（帕德博恩大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀安特光学科学学院）
研究利用半导体量子点生成线性光子簇态的不同方案，通过理论比较四种方案，考量不同误差机制影响，给出基于自旋相干时间等因素在磁场驱动与光学控制协议间选择的 regime 图。
2026-07-13 quant-ph
Squeezed light in a semiconductor microcavity
Zhejiang University（浙江大学）
本文通过半导体微腔中的强激子-声子非线性相互作用，实现宽频带内的高频率光学压缩，展示了压缩光在量子信息处理和传感中的应用潜力。
2026-05-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.bio-ph
Plasmon-assisted two-photon Rabi oscillations in a semiconductor quantum dot -- metal nanoparticle heterodimer
光子拉比振荡具有量子计算和量子信息处理的潜力，因为在拉比周期期间可以创建一对纠缠光子。我们从理论上研究了这种现象在由与金属纳米颗粒强耦合的半导体量子点组成的异二聚体中的发生。双光子拉比振荡是由于量子点中基态到双激子跃迁的相干双光子过程引起的。在量子点附近存在金属纳米颗粒导致量子点经由金属纳米颗粒的自作用，因为后者的极化状态取决于前者的量子态。粒子间的相互作用产生两个主要效应：（i）-增强外场振幅和（ii）-重正化的量子点的共振频率和弛豫率的非对角密度矩阵元素，这两个依赖于量子点的能级的布居。在这里，我们专注于第一个效果，这导致有趣的新功能，特别是，在一个孤立的量子点和随后的增长的纠缠光子对的数量相比，每个脉冲的拉比周期数增加。我们还讨论了孤立量子点和异质二聚体的激子态的辐射衰变对双光子拉比振荡的破坏作用。
2018-10-14 quant-ph
Processing Quantum Information in Hybrid Topological Qubit and Superconducting Flux Qubit System
研究了一个由Majorana型半导体纳米线和超导磁通量子比特组成的复合系统。研究发现，这两个子系统之间的耦合可以通过电学方法控制，为实现基于Majorana拓扑的π/8相位门提供了一种方便的方法.我们还提出了一个利用朗道-齐纳跃迁将信息从通量量子比特转移到拓扑量子比特的方案。此外，我们还提出了一种名为top-flux-flux的拓扑结构来检索存储在拓扑量子比特中的信息。随着两个拓扑量子比特纠缠的演示，利用这种混合系统进行量子信息处理是非常有希望的。
2012-12-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Maximum density of quantum information in a scalable CMOS implementation of the hybrid qubit architecture
从单量子位操作到用于量子信息处理的多量子位电路的可扩展性需要特定于架构的实现。半导体混合量子位结构是实现大规模量子信息处理的合适候选者，因为它结合了一组通用的逻辑门与快速和全电的量子位操作。我们提出了一种基于硅金属氧化物半导体（MOS）量子点的混合量子比特的实现，与CMOS工业技术标准兼容。我们讨论了实现多量子比特电路的容错计算和量子纠错能力，通过评估所需的时间和空间资源的实现。结果，从包括由[[7，1，3]] Steane码编码的8个逻辑量子比特的电路中提取量子信息的最大密度。逻辑量子比特的相应表面密度为2.6 Mqubit/cm $^2$。
2014-06-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave photon-mediated interactions between semiconductor qubits
在半导体量子点中实现远距离电荷或自旋量子比特之间的相干界面是量子信息处理的一个公开挑战。在这里，我们演示了由几十微米分离的双量子点电荷量子比特之间的共振和非共振光子介导的相干相互作用。我们提出了明确的光谱证据的集体增强的两个量子比特的共振耦合。当两个量子比特都从谐振器失谐时，我们观察到由虚光子介导的量子比特之间的交换耦合。在这两种情况下，明显的亮态和暗态的量子位场相互作用的对称性所管辖的被发现。我们的观察是在良好的定量协议与主方程模拟。提取的两个量子比特的耦合强度显着超过组合的谐振子量子比特系统的线宽。这表明该方法对于在基于量子点的系统中创建光子介导的双量子比特门是可行的。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Voltage tunable quantum dot array by patterned Ge-nanowire based metal-oxide-semiconductor (MOS) devices
半导体量子点（QD）被认为是广泛的先进和新兴技术的主要单元，包括电子学、光电子学、光电子学和生物传感应用以及基于q比特的量子信息处理领域。这种量子点适合于几种新的器件应用，因为它们具有独特的性质，即限制载流子三维地产生离散的量子态。然而，在实践中实现这样的量子点表现出严重的挑战，关于其在阵列中的制造具有所需的可扩展性和可重复性以及在室温下对量子态的控制。在这种情况下，目前的工作报告的高度缩放的Ge纳米线（半径~25 nm）的垂直金属氧化物半导体器件，可以在室温下作为电压可调量子点的阵列的制造。这种纳米线中的电子在径向方向上经历几何限制，然而，它们可以通过调节所施加的偏压而被轴向限制，以便操纵量子态。这种电子的量子限制已经从在相对低的频率（200 kHz）下的室温电容-电压（C-V）特性中的阶跃状响应中得到证实。已经观察到每个这样的步骤包括占据~6个电子电荷的量化态的卷积。这种载流子限制的细节进行了分析，在目前的工作中，通过理论建模的非平衡格林函数（NEGF）形式主义的基础上的设备的输运特性。
2020-11-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal signal processing for continuous qubit readout
量子二能级系统或现代术语中的量子位的测量通常涉及与量子位相互作用的电磁场，然后连续测量场并从噪声场测量中推断量子位状态。在测量期间，量子位可能经历自发跃迁，进一步使观察者看不到初始量子位状态。利用随机检测理论中的一些众所周知的技术，在这里，我们提出了一种新的信号处理协议，可以在存在噪声和量子比特动态的情况下从测量中最优地推断出初始量子比特状态。假设连续的量子非爆破测量与高斯或泊松噪声和一个经典的马尔可夫模型的量子位，我们推导出解析解的协议在一些特殊情况下的利益使用伊藤演算。我们的方法适用于多假设检验的强大的量子比特读出和相关的实验量子比特在超导微波电路，囚禁离子，氮空位中心的金刚石，半导体量子点，或硅中的磷施主。
2014-08-06 quant-ph
Quantum Information Processing With Integrated Silicon Carbide Photonics
本文围绕集成碳化硅光子学平台，梳理其色心器件的研究进展，对该平台在量子网络、模拟与计算三大领域的应用作用开展概念与定量分析。
2022-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum information processing using quantum dot spins and cavity-QED
半导体中的电子自旋自由度通常具有比其他相关时标长几个数量级的退相干时间。因此，基于局域电子自旋作为量子比特的固态量子计算机具有潜在的兴趣。在这里，提出了一种方案，实现两个遥远的量子点自旋之间的控制相互作用。有效的长程相互作用是由高精细度微腔的真空场介导的。利用经典激光场和腔模诱导的导带空穴拉曼跃迁，可以实现并行受控非操作和任意单量子比特旋转。光学技术也可以用来测量每个量子点的自旋状态。
1999-07-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent microwave photon mediated coupling between a semiconductor and a superconductor qubit
半导体量子比特依赖于对限制在量子点（QD）中的电子或空穴的电荷和自旋自由度的控制。它们构成了量子信息处理的有前途的方法[1，2]，与超导量子比特[3]互补。通常，半导体量子位-量子位耦合是短程的[1，2，4，5]，有效地将量子位距离限制在受限粒子的波函数的空间范围内，这代表了对缩放以达到QD量子位的密集1D或2D阵列的显著约束。随着电路量子电动力学[6]的成功，最近已经实现了半导体QD中限制的电子的电荷[7，8]和自旋[9，10，11]自由度与存储在微波谐振器中的单个光子相互作用之间的强耦合机制。在这封信中，我们演示了超导transmon量子比特和半导体双量子点（DQD）电荷量子比特之间的相干耦合，该耦合由可调谐高阻抗SQUID阵列谐振器中的虚拟微波光子激发作为量子总线[12，13，14]。transmon-电荷量子比特相干耦合速率（$ \sim$ 21 MHz）超过transmon（$ \sim$ 0.8 MHz）和DQD电荷（$ \sim$ 3 MHz）量子比特的线宽。通过在一段受控的时间内将量子比特调谐到共振状态，我们观察到这个混合量子系统的组成部分之间的相干振荡。这些结果使得一类新的实验能够探索使用微波光子介导的两量子比特相互作用来创建半导体和超导量子比特之间的纠缠态。本文提出的方法和技术可转移到基于其他材料系统的QD器件，并且可以有益于基于自旋的混合系统。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Efficiency Tunable Microwave Photon Detector Based on a Semiconductor Double Quantum Dot Coupled to a Superconducting High-Impedance Cavity
École Polytéchnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Basel（巴塞尔大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Lund University（隆德大学）
本文提出一种高效微波光子探测器，利用半导体双量子点与超导高阻腔耦合，实现接近70%的单光子探测效率，展示了在3-5.2 GHz范围内系统的高效性，为量子微波光学和混合量子信息技术提供了新平台。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanometre-scale nuclear-spin device for quantum information processing
我们已经开发了半导体点接触器件，其中在纳米级区域的核自旋相干控制的全电方法。与标准的核磁共振技术不同，该技术通过测量电阻直接检测核自旋的纵向磁化强度，从而实现对核自旋微观量的超灵敏检测。成功地证明了I = 3/2核的四个自旋态的两个能级之间所有可能的相干振荡。基于I = 3/2系统的两个虚拟量子比特讨论了量子信息处理，并且描述了用于在一个和两个量子比特上执行任意逻辑门的方法。提出了一种基于Mz探测的量子态层析方案。作为量子操纵的起点，我们在实验上制备了I = 3/2核自旋系统的有效纯态。
2006-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dipole coupling of a double quantum dot to a microwave resonator
固态系统中的量子相干性已经在超导电路和半导体量子点中得到证实。这为研究用于量子信息处理的固态系统铺平了道路，与基于原子、离子和光子的其他系统相比，固态系统具有可扩展性的潜在好处。超导电路与微波光子的相干耦合，即电路量子电动力学（QED），开辟了新的研究方向，使量子比特的长距离耦合成为可能。在这里，我们演示了如何超导微波谐振器的电磁场可以耦合到半导体双量子点。双点的电荷稳定性图，通常由直流（DC）传输技术测量，通过色散的耦合谐振器的频移进行了研究。这种混合全固态方法提供了在一个芯片上相干耦合多个量子点和超导量子比特的可能性，并提供了一种用于半导体量子结构的高分辨率光谱学的方法。
2011-08-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-photon interference between mutually-detuned resonance fluorescence signals scattered off a semiconductor quantum dot
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学理学院）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所光电子材料器件国家重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电/化学工程学院）
研究通过双光子干涉测量互为调制的共振荧光信号，揭示了光子不可区分性与激光脱调之间的关系，发现大脱调下二阶相关函数异常特性。
2025-11-06 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Single Quantum Emitters in Monolayer Semiconductors
单量子发射器（SQE）是量子光学和光子量子信息技术的核心。迄今为止，所有已证实的固态单光子源都被限制在三维材料中。在这里，我们报告了一类新的SQE的激子的基础上，在二维钨-二硒化物单分子膜的缺陷在空间上本地化。从这些SQE的光发射显示窄线宽为~0.13 meV，约两个数量级小于离域谷激子。二阶相关测量揭示了强的光子反聚束，明确地建立了单光子性质的发射。SQE发射显示两个非简并跃迁，它们是交叉线性偏振的。我们将这种精细结构分配给两个激子本征模，其简并度由大的~0.71 meV耦合解除，可能是由于各向异性存在下的电子-空穴交换相互作用。磁光测量还揭示了激子g因子为~8.7，比离域谷激子大几倍。除了它们的基本重要性之外，在二维量子材料中建立新的SQE可以在量子信息处理中产生实际优势，例如有效的光子提取以及高集成性和可扩展性。
2014-11-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bright Semiconductor Single-Photon Sources Pumped by Heterogeneously Integrated Micropillar lasers with Electrical Injections
新兴的混合集成量子光子学将不同功能组件的优点结合到单个芯片中，以满足量子信息处理的严格要求。尽管III-V族量子发射体与硅基光子电路和超导单光子探测器的混合集成取得了巨大进展，但通过小型化激光器实现量子发射体的片上光激发，以实现具有低功耗、小器件占地面积和优异相干特性的单光子源（SPS），是非常理想的，但仍是虚幻的。在这项工作中，我们提出了实现明亮的半导体单光子源异质集成与片上电注入微激光器。不同于以往的一对一的转印技术实现的混合量子点（QD）光子器件，多个确定性耦合的量子点-圆形布拉格光栅（CBG）SPS集成与电注入微柱激光器通过潜在的可扩展的转印过程中的宽场光致发光（PL）成像技术的辅助下，在同一时间。通过电注入微激光器的光泵浦，产生了具有3.8 M/s的计数率和25.44%的提取效率的高亮度的纯单光子。这样的高亮度是由于CBG的腔模式的增强，这是由2.5的Purcell因子证实的。我们的工作为推进混合集成量子光子学提供了一个强有力的工具，特别是促进了实现高度紧凑，节能和相干SPS的发展。
2023-02-03 physics.optics quant-ph
Cavity-mediated coherent coupling between distant quantum dots
用于量子信息技术的可扩展架构需要选择性地耦合长距离量子比特，同时抑制环境噪声和串扰。在半导体材料中，量子点上的单个自旋与容纳费米模式的腔体的相干耦合为这一技术挑战提供了新的解决方案。在这里，我们展示了两个空间分离的量子点之间的相干耦合使用电子腔设计，利用在二维电子气的回音壁模式。腔介导的长距离耦合有效地最小化了点之间的不期望的直接串扰，并且定义了用于基于全电子闪烁器的量子信息处理的可扩展架构。
2017-12-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Novel qubits in hybrid semiconductor-superconductor nanostructures
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；IBM Research Europe（IBM欧洲研究院）；Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（西班牙高等科学研究委员会）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)（马德里材料科学研究所）；Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；New York University（纽约大学）
本文介绍了一种结合半导体和超导量子比特优点的新量子比特结构，通过门控约瑟夫森耦合实现电场控制，并探索了其在拓扑保护量子信息处理中的应用潜力。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Topics in Quantum Dynamics and Coherence for Quantum Information Processing
我们概述了选定的趋势和结果，在理论建模的量子系统，以支持发展中的研究领域的量子信息处理。由此产生的建模工具已被应用于半导体材料和纳米结构，显示出在几个量子位（量子位），如自旋寄存器的水平上实现相干，受控量子动力学的希望。多体场论技术已被用来解决各种各样的研究课题。具体而言，退相干理论，更一般地说，量子噪声的起源和影响，以及量子比特和多量子比特寄存器的量子动力学中的纠缠损失已经被提出。通过间接交换相互作用的量子比特耦合机制已经被研究，并且量子计算设计已经被评估用于可扩展性。我们概述了一般和具体的研究挑战，解决方案将推进“开放量子系统“建模领域，以进一步了解环境影响如何影响量子相干性及其在量子动力学过程中的损失。
2009-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Indirect Interaction of Solid-State Qubits via Two-Dimensional Electron Gas
我们提出了一种核自旋之间的长程相干耦合机制，可用作固态半导体-异质结量子信息处理器件中的量子比特。耦合是通过局域施主电子，其又与二维电子气相互作用。导出了有效的双自旋相互作用哈密顿量，计算了耦合强度。我们还讨论了量子位退相干的机制，并考虑相邻量子位之间的相互作用的门控制的可能性。由此产生的量子计算方案保留了早期方法的所有门控和测量方面，但允许量子位间距为100 nm量级，这是当今半导体器件技术可以实现的。
2001-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Coherent manipulation of an Andreev spin qubit
半导体量子点中的电子自旋和超导电路的集体电磁模式是固态量子信息处理的两种有前途的架构。在一些方面，这两个平台彼此是双重的：超导量子位更容易耦合，但在量子设备$(\sim\mathrm{mm})$之间相对较大，而静电约束的电子自旋在空间上是紧凑的（$\sim \mathrm{μm}$），但链接起来更复杂。在这里，我们结合了Andreev自旋量子位的两个平台的有益方面：自旋自由度的电子准粒子被困在超导载Andreev水平的约瑟夫森半导体纳米线。我们展示了相干自旋操纵相结合的单次激发电路QED读出和自旋翻转拉曼跃迁，找到一个自旋翻转时间$T_S = 17~\mathrm{μs}$和自旋相干时间$T_{2E}=52~\mathrm{ns}$。这些结果预示着一个新的自旋量子位与基于超导的电路QED集成，并进一步我们的理解和控制Andreev水平-马约拉纳零模式的母态-在超导体-超导体异质结构。
2021-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Toward Axion Signal Extraction in Semiconductor Spin Qubits Via Spectral Engineering
Center on Frontiers of Computing Studies, Peking University（前沿计算研究中心，北京大学）；School of Physics, University of New South Wales（物理学院，新南威尔士大学）
本文通过频谱工程利用半导体自旋量子比特平台提取轴子信号，提出优化设备几何结构和开发特定噪声谱过滤方法以提高检测精度。
2025-12-09 hep-ex hep-th quant-ph
