Electric-field metrology of a terahertz frequency comb using Rydberg atoms
利用Rydberg原子开发新型单光子探测器，实现太赫兹频率梳的高精度电场计量与校准，提升太赫兹光谱学的灵敏度和精度。
2025-10-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Nondestructive cooling of an atomic quantum register via state-insensitive Rydberg interactions
我们提出了一个协议，用于同情冷却中性原子，而不破坏存储在其内部状态的量子信息。这是通过设计携带数据的原子和冷辅助原子之间的状态不敏感的里德伯相互作用来实现的。由此产生的相互作用引起有效的声子耦合，这导致热量从数据原子转移到辅助原子，后者可以通过常规方法冷却。这可以用来延长基于中性原子的量子存储的寿命，并可以应用于长时间的量子计算。该协议也可以修改，以实现数据和辅助原子之间的状态不敏感的相互作用，但数据原子之间的可调和非平凡的相互作用，允许同时冷却和模拟量子自旋模型。
2019-07-28 physics.atom-ph quant-ph
Room temperature single-photon terahertz detection with thermal Rydberg atoms
本研究首次利用热里德堡原子蒸气的六波混频效应实现室温单光子太赫兹探测，其噪声等效功率较现有室温探测器低四个数量级以上，具备全光调控能力，在多领域有革命性应用潜力。
2024-03-09 physics.optics quant-ph
SI-Traceable Calibration and Performance Benchmarking of a Terahertz Photomixer Transmitter-Receiver System Using a Rydberg Atomic Sensor
Rydberg Technologies Inc.（Rydberg科技有限公司）
本文利用里德伯原子传感器对204 GHz太赫兹光电混频收发系统进行SI可追溯校准与性能基准测试，实现电场绝对测量并建立原子传感器与传统传感器的定量联系。
2026-09-11 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Rydberg-atom based radio-frequency electrometry using frequency modulation spectroscopy in room temperature vapor cells
基于里德伯原子的电测法能够在从千兆赫到太赫兹的大频率范围内以高灵敏度进行可追踪的电场测量。这种测量对于射频和太赫兹器件的校准以及诸如电场的近场成像的其他应用特别有用。我们利用频率调制光谱技术和剩余幅度调制的主动控制来提高里德伯原子基射频电测量的光学读出的信噪比。还实现了信号的匹配滤波。虽然我们已经达到了类似的高灵敏度与其他读出方法，调频光谱是有利的，因为它非常适合于建立一个紧凑的，便携式传感器。在当前的实验中，实现了$\sim 3 μV cm^{-1}Hz^{-1/2}$灵敏度，并且发现其是光子散粒噪声限制的。
2017-02-01 physics.atom-ph quant-ph
High-Fidelity Individual Addressing of Single Atoms in Quantum Registers at Three-Photon Laser Excitation of Rydberg States
本研究提出利用三光子激光激发里德伯态，通过匹配拉比频率空间分布消除位置依赖性，显著提高中性原子量子寄存器中单原子的个体寻址保真度。
2024-11-10 physics.atom-ph quant-ph
Grover search algorithm with Rydberg-blockaded atoms: Quantum Monte Carlo simulations
本文研究了基于Rydberg阻塞原子的Grover搜索算法实现，简化了耦合方案，并通过量子蒙特卡罗模拟分析了多达4个多能级原子在现实实验条件下的算法性能。
2015-12-17 quant-ph
Scaling the neutral atom Rydberg gate quantum computer by collective encoding in Holmium atoms
我们讨论了一种将中性原子里德堡门量子处理器扩展到大量量子比特的方法。极限推导表明，可以直接连接的量子位的数量，通过纠缠门与错误在$10^{-3}$水平上使用远程Rydberg相互作用的网站之间的光晶格，没有机械运动或交换链，是约500在二维和7500在三维。在一个较小的网站数量的比例因子为60，可以得到使用集体寄存器编码的超精细基态的稀土原子钬。我们提出了一个详细的分析操作的60量子位寄存器在钬。将多量子比特集合的晶格与集体编码相结合，可以为1000量子比特的全连接量子处理器提供可行的设计。
2008-05-04 physics.atom-ph quant-ph
Influence of ground-Rydberg coherence in two-qubit gate based on Rydberg blockade
对于中性原子量子位，两量子位门通常通过里德伯封锁效应实现，这暗示了里德伯能级除了常规量子位寄存器状态之外的特殊状态。在这里，我们进行了实验和理论研究，以揭示控制量子位原子的地里德伯相干性如何影响双量子位受控Z（$C_Z$）门的过程，例如通常使用的地里德伯$π$ -gap- $π$脉冲序列最初在Phys. Rev. Lett中提出。\textbf{85}，2208（2000）.测量了控制量子比特原子在$π$ -gap- $π$脉冲作用下的退相干，并与从基态-里德伯跃迁的Ramsey条纹中提取的典型退相干时间$τ_{gr}$进行了直接比较.特别是，我们观察到，控制量子位原子受到这样的脉冲序列经历的过程，这是基本上类似于地面Rydberg拉姆齐干涉。此外，我们建立了一个简单的理论模型，将控制量子比特在$C_Z$门$π$ -gap- $π$脉冲序列和$τ_{gr}$作用下的退相干过程联系起来，并分析了退相干效应的典型来源。最后，我们讨论了$C_Z$门保真度的损失，由于限制所施加的地面里德伯相干属性和前景，以提高保真度与新的门协议。
2020-12-23 quant-ph
A blueprint for a Digital-Analog Variational Quantum Eigensolver using Rydberg atom arrays
提出一种基于里德堡原子阵列的数字-模拟 VQE 蓝图，通过学习原子寄存器位置并结合去随机化能量估算的迭代脉冲优化，实现 H2、LiH 和 BeH2 基态能量的高精度估算。
2023-04-23 quant-ph
A Quantum Interface Between Neutral-Atoms and Trapped-Ions Quantum Registers
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
研究中性原子与囚禁离子量子寄存器间的量子接口，提出并分析方案，通过光镊与保罗阱势实现里德堡囚禁，增强原子 - 离子极化相互作用，实现对MS门的条件控制，为确定性原子 - 离子混合量子门和量子接口建立实用途径。
2026-07-24 physics.atom-ph quant-ph
Quantum information with Rydberg atoms
主量子数量子数n >> 1的里德伯原子具有夸张的原子性质，包括偶极-偶极相互作用的比例为n^4，辐射寿命的比例为n^3。十年前就有人提出利用这些特性在中性原子量子比特之间实现量子门。一个强大的，长距离的相互作用，可以相干地打开和关闭的可用性是一个使资源的广泛的量子信息任务远远超出了原来的门的建议。Rydberg使能的能力包括远程双量子位门、多量子位寄存器的集体编码、鲁棒的光原子量子接口的实现以及模拟量子多体物理的潜力。本文综述了近十年来里德堡介导的量子信息处理的理论和实验研究进展。
2010-05-12 physics.atom-ph quant-ph
Effect of qubit losses on Grover's quantum search algorithm
我们研究了Grover的量子搜索算法在寄存器上的性能，该寄存器会丢失携带量子比特信息的粒子。假设该算法的基本步骤被正确地应用在相应的收缩寄存器，我们表明，该算法收敛到混合状态与目标状态的位位置仍然存在50%的重叠。作为一种替代纠错，我们提出了一个程序，结合不同的试验结果的算法，以确定解决方案的完整的搜索问题。该过程可能是相关的实验中，该算法是适应的粒子的损失登记，并与里德堡封锁中性原子之间的相互作用的实验，其中监测的原子损失甚至是不必要的。
2012-09-04 quant-ph
Investigation of cold Rb Rydberg atoms in a magneto-optical trap
本文介绍了磁光阱中冷Rb里德伯原子的实验结果。我们实验的特征是在冷原子云中的小体积中激发里德伯原子，并根据登记的里德伯原子的数量对测量的信号和光谱进行排序。我们测量了里德堡态37 P的有效寿命和在弱电场中的极化率。计算结果与理论计算结果吻合较好。我们已经表明，本地化的小激发体积周围的零磁场点，可以提高光谱分辨率，并获得窄的微波共振在里德伯原子没有关闭的MOT四极磁场。我们测量了偶极-偶极相互作用共振的振幅与里德伯原子数的关系，它具有线性特征，与弱偶极-偶极相互作用理论一致。
2008-12-16 physics.atom-ph quant-ph
Few qubit atom-light interfaces with collective encoding
在几微米大小的空间区域内具有几百个原子的样品足够大以提供光的有效合作吸收和发射，并且足够小以确保当原子被激发到高位里德堡态时的强偶极-偶极相互作用。基于最近提出的集体编码方案，我们建议在这样的样本中构建几个量子比特的量子寄存器。该寄存器可以存储和传输单光子形式的量子信息，并且它们可以采用纠缠泵浦协议来理想地在可扩展的量子计算和长距离量子通信的网络中执行。
2008-07-28 quant-ph
Quantum Counting in the Rydberg Blockade
我们提出一种在中性原子量子计算机上原生近似计数平面2SAT解数量的量子算法，利用里德伯封锁映射约束，通过猝灭产生均匀叠加并采样计数，数值验证其在网格上的准确性与普适性。
2026-10-27 cond-mat.str-el quant-ph
Realizing distance-selective interactions in a Rydberg-dressed atom array
基于测量的量子计算依赖于在稳定量子比特寄存器中快速创建大规模纠缠。原子阵列非常适合于存储量子信息，并且可以使用高激发里德堡态来创建纠缠。通常，在门操作期间隔离对是困难的，因为里德伯相互作用在大距离处具有长尾。在这里，我们的工程师的距离选择性的相互作用，强烈的距离峰值通过非共振激光耦合的分子之间的里德伯原子对的潜力。采用量子气体显微镜，我们验证了修饰的相互作用，通过观察相关的相位演化，使用多体拉姆齐干涉。我们确定原子损失和耦合到连续模式作为我们目前的计划和轮廓路径的限制，以减轻这些影响，铺平了道路，创造大规模的纠缠。
2021-10-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
An isotropic antenna based on Rydberg atoms
本研究提出基于里德伯原子的天线，理论上实现线性极化无线电波的理想各向同性响应，实验偏差优化后达0.3 dB，较经典全向天线改善至少15 dB，提升测量准确性与可靠性。
2023-09-16 physics.atom-ph quant-ph
Effect of finite detection efficiency on the observation of the dipole-dipole interaction of a few Rydberg atoms
我们已经开发了一个简单的分析模型，描述在实验中测量的偶极-偶极相互作用在几个里德伯原子共振碰撞的多原子信号。结果表明，选择性场电离探测器的有限效率导致不同数目的里德伯原子共振碰撞谱的混合。给出了在一定探测效率下估算合适平均里德伯原子数的公式。我们已经发现，在一个和两个原子的信号中观察到的碰撞共振的振幅之间的关系的测量提供了一个简单的绝对检测效率和平均里德伯原子数的测定。我们还进行了钠原子束在小激发体积中的共振碰撞测试实验。分析了1 ~ 4个探测到的里德伯原子的共振态，并与理论作了比较。
2007-10-02 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
High-rate quantum LDPC codes for long-range-connected neutral atom registers
本文分析了一族具有限长程相互作用的高速率量子LDPC码，提出在中性原子寄存器中的实现方案，并通过电路级模拟证明其在门错误低于0.1%时全面优于表面码。
2025-01-30 quant-ph
Quantum superhet based on microwave-dressed Rydberg atoms
微波电场的高灵敏度、相位和频率分辨检测对于从天文学、遥感、通信到微波量子技术的各种领域都具有核心重要性。然而，目前微波电场的量子传感主要依赖于仅能够进行幅度测量的基于原子的静电计。此外，基于原子的静电计的最佳灵敏度受到光子散粒噪声的限制，只有几个$μ$ Vcm $^{-1}$ Hz $^{-1/2}$：虽然原则上可以通过使用压缩光或薛定谔猫态来超越，但前者对原子实验非常具有挑战性，而后者在除了非常小的原子系统之外的所有原子系统中都是可行的。在这里，我们报告了一种新的微波电场量子传感器称为量子superhet，这是第一次，使实验测量的相位和频率，并使几十nVcm $^{-1}$ Hz $^{-1/2}$的灵敏度容易为当前的实验。该传感器基于微波修饰的里德伯原子和定制的光谱，具有非常有利的灵敏度增益定标。我们可以通过实验实现$55$ nVcm $^{-1}$ Hz $^{-1/2}$的灵敏度，最小可检测场比现有的量子静电计小三个数量级。我们还测量相位和频率，能够达到几十个$μ$ Hz的频率精度为几十nVcm $^{-1}$的微波场。我们的技术也可以应用于太赫兹或射频的电场检测。这项工作是实现长期追求的电磁波量子传感器的第一步，具有量子投影噪声限制的灵敏度，有望在射电望远镜，太赫兹通信和量子控制等方面获得广泛的应用。
2019-02-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Quantum optimal control of the Dicke manifold in dipolar Rydberg atom arrays
University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）
针对里德伯原子阵列中Dicke流形的控制泄漏问题，提出不可约蒸馏（IRD）方法结合梯度上升脉冲工程（GrAPE），在仅线性缩放希尔伯特维度的截断空间中实现高保真度量子态制备。
2026-06-11 quant-ph
A quantum register using collective excitations in a Bose-Einstein condensate
本研究提出一种基于玻色-爱因斯坦凝聚体相干加载自旋光学晶格的量子寄存器方案，以格点空满态为量子比特基矢，可实现高保真量子操作与非破坏测量，能有效抑制原子损耗与退相干。
2023-07-06 cond-mat.quant-gas quant-ph
Rydberg Atomic Quantum Receivers for Classical Wireless Communication and Sensing
本文综述了里德堡原子量子接收机（RAQR）的基本原理与最新研究，并提出了RAQ-SISO与RAQ-MIMO方案以促进其与经典无线系统的集成，指出了未来研究方向。
2025-01-18 cs.IT eess.SP math.IT
Dark Matter Detection through Rydberg Atom Transducer
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；International Shenzhen Quantum Academy（深圳国际量子研究院）；Peking University（北京大学）；Beijing Laser Acceleration Innovation Center（北京激光加速创新中心）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；City University of Hong Kong Shenzhen Research Institute（香港城市大学深圳研究院）；Nanjing University（南京大学）
本文提出一种整合介电卤素、里德堡原子转换器和超导纳米线单光子探测器的混合检测架构，利用里德堡原子六波混频将THz信号转换到光学领域，实现对轴子-光子耦合常数的高灵敏度探测。
2026-03-24 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Long-range $CCΦ$ gates via radio-frequency-induced Förster resonances
针对俘获中性原子寄存器的量子计算应用，提出基于射频诱导福斯特共振相互作用的新型$CCΦ$量子相位门协议，实现高保真度稳健性能，室温下理论平均保真度$99.27 \\%$且兼容量子纠错技术。
2025-02-14 physics.atom-ph quant-ph
Supersensitive measurement using single-atom control of an atomic ensemble
我们分析了一种基于原子干涉术的新型传感器的操作，该传感器可以通过利用多量子比特混合态中的量子关联来实现超经典灵敏度。干涉仪基于量子门，其使用单个原子（其充当控制量子位）和原子系综（其提供寄存器量子位）之间的相干控制的里德伯相互作用。原则上，我们的方案可以实现精确的缩放与合奏的大小-这可以扩展到大量的原子-而只使用单量子位操作的控制和批量操作的合奏。我们调查的干涉仪的现实实现，我们的主要目的是开发一种新的方法，量子精密测量，可以实现量子增强的测量精度，通过利用大的不纯量子态的相干操作。我们提出了一个实验，以证明增强的灵敏度的协议，并调查从经典到超经典的灵敏度时，使用高度混合的探针状态发生的过渡。
2015-11-09 quant-ph
