Geometric nature in adiabatic evolution of dark eigenstates
在最近的一封信[物理。{ \bf 95}，080502（2005）]，提出了一种有趣的方案，通过暗本征态的绝热演化来实现具有内置容错特征的一类条件量子相位门。在这篇评论中，我们阐述了门方案的几何性质，并澄清它仍然属于一类传统的几何量子计算。
2005-09-21 quant-ph
Comment on "Nongeometric Conditional Phase Shift via Adiabatic Evolution of Dark Eigenstates: A New Approach to Quantum Computation"
在[Phys. Rev. Lett. 95，080502（2005）]，Zheng提出了一种通过绝热通道实现条件相移的方案。作者声称，门是“既不是动力学的，也不是几何起源”的理由是，汉密尔顿不遵循循环变化。他进一步指出：“与绝热几何门相比，不需要非平凡的循环回路，从而避免了在获得所需立体角时的误差，这使得这种新的相位门优于几何门。本文指出几何运算，包括绝热完整性，都可以由非循环哈密顿算子导出，并证明了郑门是几何的。我们还认为，负责相移的非平凡环路是存在的，它需要与任何绝热几何门相同的精度。
2009-10-29 quant-ph
Simple realization of a hybrid controlled-controlled-Z gate with photonic control qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出利用两个微波腔耦合超导四能级系统，仅需基本操作即可实现光子量子比特控制超导目标比特的高保真混合CCZ门，并可生成多种混合GHZ态。
2023-06-04 quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled-phase gate with photonic qubits encoded via eigenstates of the photon-number parity operator
提出以光子数奇偶算符本征态编码光子量子比特，并借助耦合超导磁通三能级量子比特的多个微波腔单步实现可混合编码的多目标受控相位门，操作时间不随目标数增加且抑制退相干。
2023-06-04 quant-ph
Eigenstate-assisted realization of general quantum controlled unitaries with a fixed cost
Universidad de Valladolid（瓦利亚多利德大学）；Laboratory for Disruptive Interdisciplinary Science (LaDIS), Universidad de Valladolid（瓦利亚多利德大学颠覆性跨学科科学实验室）
本文提出了一种利用特征态实现通用量子受控单元的固定成本方法，通过固定电路实现常深度的量子门操作，适用于变分和量子机器学习算法。
2026-02-22 quant-ph
Robust entangling gate for capacitively coupled few-electron singlet-triplet qubits
寻找最佳点是实现高保真量子门的关键。在传统的双量子点单重态-三重态量子比特中寻找这样的最佳点的努力，其中每个点承载一个电子（“双电子单重态-三重态量子比特”），特别是对于双量子比特操作，一直是不成功的。在这里，我们考虑单重态-三重态量子比特，允许每个量子点拥有一个以上的电子，双量子点中总共有四个电子（“四电子单重态-三重态量子比特”）。我们从理论上证明，使用组态相互作用计算，甜蜜点出现在这个耦合量子比特系统。我们进一步证明，在现实的电荷噪声和超精细噪声下，在建议的甜蜜点处的两个量子比特操作可以提供比传统的两个电子单重态-三重态量子比特系统（$\sim90\%$）更高的栅极电阻率（$\sim99\%$）。我们的结果将有助于在单重态-三重态量子比特系统中实现高保真双量子比特门。
2022-08-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Many-body strategies for multi-qubit gates - quantum control through Krawtchouk chain dynamics
我们提出了一种多量子比特量子门的设计策略。作为第一步，它采用了一个本征门映射的计算基础的状态，一个合适的多体哈密顿本征态。第二步采用共振驱动来强制一对本征态之间的跃迁，使所有其他本征态保持不变。该过程通过映射回计算基础来完成。我们展示了一个线性阵列的情况下，偶数N个量子位的策略，与特定的XX+YY最近的邻居之间的耦合。对于这个所谓的Krawtchouk链，2体驱动项导致iSWAP $_N$门，我们对N = 4和6进行数值测试。
2018-04-18 quant-ph
Universal singlet-triplet qubits implemented near the transverse sweet spot
在半导体双量子点（DQD）中实现单重态-三重态（ST）量子比特的容错量子计算的关键是实现单量子比特门和双量子比特门的高保真操作。可行的方法包括将量子比特操作在横向最佳点（TSS）附近以降低噪声的前导阶数，以及采用适当的抗噪声脉冲序列。单量子比特门可以通过在TSS附近的失谐上引入AC驱动来实现。在TSS处的DQD的大偶极矩使得量子比特和腔谐振器之间能够强耦合，这导致两个量子比特纠缠门。当在适当的区域中操作并施加适度的脉冲序列时，单量子位和双量子位门都具有高于99%的保真度。我们的研究结果表明，利用TSS附近的适当的脉冲序列可以有效地获得高保真ST量子比特。
2021-06-06 quant-ph
Quantum gates by resonantly driving many-body eigenstates, with a focus on Polychronakos' model
在许多量子比特上进行精确的、非平凡的量子操作在实验上是具有挑战性的。与将较大的幺正元编译成2-qubit门序列的标准方法相反，我们提出了一种关于哈密顿控制场的协议，该协议在强耦合多体量子系统中实现了高度选择性的多qubit门。我们利用共振驱动的选择性交换只有2出$2^N$本征态的一些背景哈密顿量，并讨论了一个基础变换，本征门，这使得这个操作相关的计算基础。后者有第二个用途作为哈恩回声撤销的动力学阶段，由于背景哈密顿。我们发现，这种协议的错误与门时间成正比，如$t^{-2}$，但随着量子比特数N的增加，协议变得低效。该框架的背景下，首先描述的Polychronakos的自旋链模型，我们表明，早期的解决方案的方法自然会产生一个本征门的数值测试。我们的技术可能是独立的利益驱动多体系统的理论。
2019-01-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Gate-based counterdiabatic driving with complexity guarantees
本文提出一种完全基于门且不依赖启发式的反绝热驱动量子算法，通过正则化绝热规范势抑制非目标跃迁，并给出以最小能隙和保真度误差表示的严格量子门复杂度上界。
2024-10-09 quant-ph
Directly accessible entangling gates for capacitively coupled singlet-triplet qubits
最近在电容耦合单重态-三重态量子比特方面的实验进展，特别是纠缠的演示，开启了系统的哈密顿量可以直接通过单个方脉冲产生什么类型的纠缠门的问题。我们解决这个问题，考虑系统的哈密顿量从第一原理和使用的表示其非局部性质的局部不变量。在分析中，我们包括三种不同的方式，系统可以偏置和它们对纠缠门的产生的影响。我们发现，在一个可能的偏置模式，哈密顿量有一个特别简单的形式，它可以直接产生各种不同的纠缠门，包括iSWAP门。此外，使用完整形式的哈密顿量，我们发现，对于任何偏置模式，CNOT门可以直接生成。
2015-01-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Facilitated quantum cellular automata as simple models with nonthermal eigenstates and dynamics
我们介绍并描述了一类简单的易化量子自旋模型，其中的动力学是由于重复应用幺正门。门在时间上周期性地应用，因此它们的组合动作构成了Floquet么正。我们讨论的模型的动力学可以经典地模拟，它们的本征态也可以经典地构造（尽管它们是高度纠缠的）。我们考虑各种模型在一个和两个维度，涉及克利福德门和Toffoli门。对于其中的一些模型，我们明确地构造了守恒密度，因此这些模型是“可积的”。“其他模型似乎不是可积的;然而，对于某些系统尺寸和边界条件，它们的本征态纠缠是强烈的亚热。一些模型具有指数形式的多个本征态，其中一个或多个位点与系统的其余部分“分离”，这是反射对称的结果。
2018-02-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Exchange-based two-qubit gate for singlet-triplet qubits
我们分析了一个简单的基于交换的两量子比特门，用于门定义的半导体量子点中的单重态-三重态量子比特，可以在单个交换脉冲中实现。来自逻辑子空间的激发被磁场梯度抑制，该磁场梯度导致自旋翻转转变为非能量守恒的。我们表明，绝热脉冲的使用大大减少了泄漏过程相比，方脉冲。我们还分析和模拟了电荷噪声对门的纠缠保真度的影响，证明了物理上真实的实验参数的高纠缠保真度。具体来说，我们发现，它是可能的，以实现可比较的单量子比特状态使用现实的磁场梯度的双折射率和门时间。
2014-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Comment on Nongeometric Conditional Phase Shift via Adiabatic Evolution of Dark Eigenstate
在最近的一封信[Phy。Rev. Lett. 95，080502（2005）]，声称基于既不是动力学的也不是几何的波函数的新型量子力学相位，发现了用于量子计算的新型相位门。这个阶段的起源是一个黑暗的状态的绝热演化。我想指出，这些说法是有问题的。所谓的新相位门是基于一个相位，这并不是什么新鲜事，但已经知道了几十年。它是没有物理意义的东西，也是不可观察的。也有人指出，[quant-ph/0509150 v1][Phy. Rev. Lett. 95，080502（2005）]是不正确的，并且相位是已知的几何相位。在这里，我们提出了一个完全不同的论点。
2007-07-24 quant-ph
Stroboscopically Robust Gates For Capacitively Coupled Singlet-Triplet Qubits
最近在GaAs中具有电压控制交换相互作用的伊辛耦合双量子点自旋量子比特的工作已经显示出从振荡交换以及相邻点之间的强磁场梯度的应用中改进的双量子比特栅极结晶度。通过研究噪声如何在系统的时间演化算子中传播，我们找到了一组最佳参数，这些参数提供了一阶双量子比特门中的被动频闪规避错误。我们预测在准静态和1/ $\textit{f}$噪声的存在下，超过99%的两量子比特门的量子数，这是一个数量级的改进，在典型的未优化的实现。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust quantum gates for singlet-triplet spin qubits using composite pulses
我们提出了一个全面的理论处理SUPCODE，一种方法，用于产生动态校正的量子门操作，这是免疫随机噪声的环境中，通过使用精心设计的软脉冲序列。SUPCODE即使在控制场被限制为正和单轴的情况下也能实现动态误差抑制，这使得它特别适合于抵消受到这些限制的系统中的噪声影响，例如单重态-三重态量子比特。我们将详细描述和解释如何为任意单量子位门生成SUPCODE脉冲序列，并提供几个实现常用门（包括单量子位Clifford门）的序列的明确示例。我们通过级联鲁棒的单量子比特门，为两个交换耦合的单重态-三重态量子比特开发了抗噪声的双量子比特门序列，与以前的工作相比，门时间减少了35%。这种级联方法可以按比例放大以产生用于任意长度自旋量子位阵列的门，并且因此与可缩放的量子计算架构相关。为了更准确地描述真实的自旋量子位实验，我们展示了如何设计序列，将额外的功能和实际的限制，如样品比荷噪声模型和有限的脉冲上升时间。我们提供了一个详细的分析的基础上随机基准测试，以显示如何SUPCODE门在现实的$1/f^α$噪声下执行，并找到一个强大的依赖门保真度的指数$α$，最佳性能为$α>1$。因此，我们的SUPCODE序列可以用于实现强大的通用量子计算，同时适应单重态-三重态量子比特的基本约束和实验现实。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Testing eigenstate thermalization hypothesis on small scale quantum processors
本文在小规模量子处理器上通过门电路计算OTOC并以SXY4近似、结合GRAPE模拟控制，比较PXP与SYK模型以检验ETH。
2025-03-14 quant-ph
A robust operating point for capacitively coupled singlet-triplet qubits
半导体异质结构中的横向量子点中的单重态-三重态量子比特通过交换相互作用和磁场梯度表现出高保真度的单量子比特门。高保真双量子位纠缠门的生成具有挑战性，因为弱的量子位间相互作用导致在存在噪声的情况下积累误差的慢门。然而，量子位间的静电相互作用也产生了局部双阱失谐的偏移，有效地改变了交换对栅极电压的依赖性。我们考虑一个工作点，有效的交换是一阶不敏感的电荷波动，同时保持非零的相互作用。这个“甜蜜点”只存在于相互作用的存在中。我们表明，工作在相互作用的甜蜜点可以直接产生最大的纠缠门，我们模拟现实的1/f噪声下的门的演变。我们报道了GaAs和Si系统中理论上的两量子比特门的量子效率超过99%。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity gate set for exchange-coupled singlet-triplet qubits
为了实现具有许多量子位的基于量子机的量子计算，需要解决诸如残余量子位间耦合和来自可扩展控制硬件的约束之类的问题，以保持当前单量子位器件中所展示的高栅极集成度。在这里，我们专注于两个交换耦合的单重态-三重态自旋量子比特，考虑现实的控制硬件以及库仑和交换耦合，不能完全关闭。利用测得的噪声谱，我们优化了实际的控制脉冲，并表明在GaAs中可以达到99.90%（$\ge 99.69\%$）的双量子位（单量子位）栅极异质性，而在Si中可以达到99.99%（$\ge 99.95\%$）。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Crosstalk error correction through dynamical decoupling of single-qubit gates in capacitively coupled singlet-triplet semiconductor spin qubits
除了磁场和电荷噪声对自旋量子比特操作产生不利影响外，在多个耦合的单重态-三重态量子比特之一上执行单量子比特门提出了一个新的挑战-串扰，这在任何多量子比特量子计算架构中都是不可避免的（并且必须最小化）。我们开发了一组动态校正的脉冲序列，其被设计为消除两种类型的噪声的影响（即，场和电荷）以及对前导阶的串扰，并为所有24个单量子位Clifford门的这些校正序列提供参数。然后，我们提供了一个估计的误差作为噪声和电容耦合的函数，比较我们的校正门的保真度，其未校正的版本。在当前工作中提出的动态纠错协议对于下一代单重态-三重态量子比特设备是重要的，在下一代单重态-三重态量子比特设备中，许多量子比特之间的耦合将变得相关。
2018-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-precision and low-depth quantum algorithm design for eigenstate problems
Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；The University of Chicago（芝加哥大学）
本研究提出了一种高精度低深度的量子算法，用于高效估计量子系统本征态性质，适用于晶格和分子问题。
2026-01-19 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Error correction for gate operations in systems of exchange-coupled singlet-triplet qubits in double quantum dots
提出了一种校正交换耦合单重态-三重态半导体双量子点量子比特中串扰和噪声引起的误差的方案。虽然交换耦合允许耦合强度独立于量子位内交换耦合进行控制，但也存在泄漏问题，这必须得到解决。我们表明，如果一个大的磁场差异存在于两个量子比特之间，泄漏被抑制。然后，我们开发脉冲序列，纠正串扰和噪声引起的错误，并提出参数描述他们的24个克利福德门。我们确定的不忠作为一个函数的错误诱导项的未校正和校正门，并表明我们的校正脉冲序列减少了几个数量级的错误。
2018-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effects of charge noise on a pulse-gated singlet-triplet $S-T_-$ qubit
研究了脉冲门控半导体双量子点量子比特的动力学行为。在我们的实验中，量子比特的相干时间相对较长，但量子振荡的可见性较低。我们表明，这些意见是一致的理论，包括退相干所产生的电荷噪声，引起失谐波动的双点。由于来自电荷噪声的影响在单重态-三重态避免的能级交叉附近最大，所以当单重态-三重态避免的能级交叉发生在操作期间交叉的电荷简并点附近时，振荡的可见性低，但是在量子相位累积的大失谐值处仅存在适度的退相。该理论与实验数据吻合得很好，并预言通过适当调节点间隧穿速率可以大大提高可见度。
2017-06-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Maximal tripartite entanglement between singlet-triplet qubits in quantum dots
双量子点中的单重态-三重态是很有希望的量子比特实现，电容耦合可以用来在这些量子比特之间产生纠缠。我们提出了一个三角形结构的单重态-三重态纠缠三量子比特门。我们使用一个真实的微观模型模拟表明，一个最大纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger态可以产生的量子比特下的交换演化。此外，我们对门操作的分析可以用来提取实现这一点所需的实际实验脉冲序列。
2013-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two qubit gate with macroscopic singlet-triplet qubits in synthetic spin-one chains in InAsP quantum dot nanowires
本文提出在InAsP量子点纳米线的合成自旋一链中，利用宏观拓扑保护单态-三态量子比特实现双量子比特门的理论，通过精确对角化和MPS工具验证低能行为，并演示了两种高精度门生成方法。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Charge noise suppression in capacitively coupled singlet-triplet spin qubits under magnetic field
电荷噪声是阻碍基于量子点的自旋量子比特的高保真操作的主要障碍，特别是双量子比特门的高保真操作。虽然在几种类型的自旋量子比特中已经证明了电荷噪声被充分抑制的某些最佳点，但耦合单重态-三重态量子比特的最佳点的存在尚不清楚。我们从理论上证明，使用完整的组态相互作用计算，一系列的近甜蜜点出现在耦合的单重态-三重态量子比特系统时，施加足够强的磁场外部。我们进一步证明，斜坡和从明智地选择的近甜点使用序列的基础上的捷径绝热提供最大的栅极下的电荷噪声和声子诱导的退相干。这些结果将有助于在单重态-三重态量子比特系统中实现高保真双量子比特门。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low-noise conditional operation of singlet-triplet coupled quantum dot qubits
我们从理论上研究了电荷噪声对受控相位门的影响，该相位门是用两个静电耦合的近端双量子点实现的。使用组态相互作用方法，我们提出了一个完整的描述的条件控制方案和定量计算的门误差所产生的电荷波动。我们的关键发现是，噪声免疫甜点的存在不仅取决于能量失谐，但也设备的几何形状。最小的电荷噪声的甜蜜点的条件进行了预测分析和数值验证。超越简单的甜蜜点概念，我们证明了快速和低噪声的单三重态两量子比特门的其他最佳情况的存在。
2011-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
First-principles analysis of cross-resonance gate operation
我们提出了一个全面的理论研究的交叉共振门操作，包括估计门参数和门误差，以及分析旁观者量子比特和多量子比特频率碰撞。我们首先回顾Magesan等人（arXiv：1804.04073）之后的有效哈密顿模型的推导。量子比特通常被建模为弱非谐克尔振荡器。Kerr理论只考虑了量子比特频率重整化，而采用数态作为裸量子比特哈密顿量的本征态。从Josephson非线性出发，通过考虑本征态重正化和反旋项，我们导出了一个新的交叉共振门的起始模型，该模型包含了修正的量子比特-量子比特相互作用和驱动矩阵元。采用时间相关的Schriffl-Wolff微扰理论，我们推导出一个有效的哈密顿的交叉谐振门的门参数计算到四阶驱动振幅的估计。与克尔理论相比，新模型与重正化本征态导致10- 15%的相对校正的有效门参数。我们发现门操作强烈依赖于量子比特-量子比特失谐量和非谐性的比值。特别是，我们表征五个不同的区域的操作，并提出候选参数的选择，以实现高的门速度和低相干门误差时，交叉共振音配备了回波脉冲序列。此外，我们将我们的方法推广到包括第三个旁观者量子比特，并描述可能的有害多量子比特频率碰撞。
2020-05-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of quantum gates based on Aharonov-Anandan phases in a multistep scheme
研究了多步实现的单比特和双比特Aharonov-Anandan（AA）几何相位门的量子退相干。每个AA门还与在相同时间段内执行相同么正变换并且与相同环境耦合的动态相位门进行比较，该环境被建模为谐振子。结果表明，由于环境耦合本征态的叠加以及量子比特相互作用与环境耦合之间的不可交换性，增强了AA相位门的量子效率和纠缠保护.
2013-08-13 quant-ph
Noise filtering of composite pulses for singlet-triplet qubits
半导体量子点自旋量子比特是量子计算的理想候选者。在这些系统中，动态校正的门提供了相当大的减少门误差，因此在理论和实验上都有很大的兴趣。然而，它们是在静态噪声模型下设计的，可以被认为是低频滤波器。在这项工作中，我们进行了全面的理论研究的一种类型的动态校正门，即{ \sc supcode}的单重态-三重态量子比特，现实的$1/f$噪声与频谱$1/ω^α$的响应。通过随机基准测试，我们发现{ \sc supcode}提供了$α\gtrsim1$的门保真度的改善，并且在所研究的$1\lesssimα\leq3$范围内，随着噪声指数的增加，这种改善呈指数级地变得更加明显。另一方面，对于小型$α$，{ \sc supcode}不会提供任何改进。$δJ$ -{ \sc supcode}是专门为不存在核噪声的系统设计的，与电荷噪声的完整{ \sc supcode}相比，它提供了额外的误差减少。文中还给出了{ \sc supcode}门的滤波器传递函数。
2016-06-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Closed-loop control of a GaAs-based singlet-triplet spin qubit with 99.5% gate fidelity and low leakage
半导体自旋量子位最近在相干时间和控制精度方面取得了重大进展，从而使单量子位性能与其他领先的量子位平台不相上下。这些进展大部分是基于同位素纯化硅制成的设备中的单自旋的微波控制。为了控制自旋，交换相互作用是一个额外的关键因素，这对高保真控制提出了新的挑战。在这里，我们展示了基于交换的GaAs双量子点双电子自旋量子比特的单量子比特门。使用仔细的脉冲优化和闭环调谐，我们实现了随机基准保真度的$(99.50 \pm 0.04)\%$和泄漏率的$0.13\%$的计算子空间。这些结果为GaAs和其他材料中单重态-三重态量子比特的微波无控制开辟了新的前景。
2021-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-Qubit Couplings of Singlet-Triplet Qubits Mediated by One Quantum State
我们描述了通过一个量子态（QS）耦合的单重态-三重态量子比特（STQ）之间的高保真纠缠门。QS可以由量子点本身或由另一个受限系统提供。使用靠近QS的电子门可以调节QS的轨道能量，这改变了STQ之间的相互作用，而与它们的单量子位参数无关。短选通序列用于受控非（CNOT）操作。我们表明，现实的量子点设置允许良好的纠缠操作与门不稳定性低于$10^{-3}$，这是低于表面码的量子纠错阈值。我们考虑的限制，从制造误差，超精细相互作用，自旋轨道相互作用，和GaAs和Si异质结构中的电荷噪声。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mitigating Residual Exchange Coupling in Resonant Singlet-Triplet Qubits
University of Rochester（罗切斯特大学）；University of Rochester Center for Coherence and Quantum Science（罗切斯特大学相干与量子科学中心）
通过单自旋耦合器减少残余交换耦合引起的串扰误差，提升双量子比特门保真度。
2026-09-15 quant-ph
Coherent transfer of singlet-triplet qubit states in an architecture of triple quantum dots
我们提出了两种方案来实现两电子单重态-三重态量子比特的任意量子态在三个量子点链上的相干传输。该方案是基于对量子点的失谐能量的电控制。第一种是脉冲选通方案，需要直流脉冲和点间和点内库仑能量的工程。第二种方案是基于绝热定理，需要依赖于时间的失谐能量的控制，通过避免交叉率，系统保持在基态。我们使用典型的硅量子点的实验参数来模拟传输保真度。我们的研究结果给出了脉冲门控方案在亚ns门时间的$94.3\% < \mathcal{F} < 99.5\%$和绝热方案在几十ns的$75.4\% < \mathcal{F} < 99.0 \%$之间的状态转移的准确性。考虑到电荷噪声的退相，我们得到了脉冲选通方案的$94.0\% < \mathcal{F} < 99.2\%$和绝热方案的$64.9\% < \mathcal{F} < 93.6\%$之间的态转移几率。
2018-06-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Singlet-only always-on gapless exchange (SAGE) spin qubits: Charge noise effects and two-qubit gates
University of Maryland（马里兰大学）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
研究SAGE自旋量子比特在电荷噪声下的性能及双量子比特门的保真度，提出通过简单方法抑制噪声并延长相干时间。
2026-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-fidelity two-qubit gates of hybrid superconducting-semiconducting singlet-triplet qubits
本研究提出一种利用可调各向异性实现混合超导-半导体单态-三态量子比特间快速高保真双量子比特门的设计，无需额外组件或精细调参，保真度误差低于10^-3，为大规模量子处理器铺路。
2024-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Noise-Protected Gate for Six-Electron Double-Dot Qubits
在中等磁场中，六电子双量子点中的单重态-三重态自旋量子比特可以表现出对电荷噪声的优异免疫性。这种免疫力来自圆形量子点的第二能量层中轨道的对称性：在这个层中的单重态和三重态具有相同的电荷分布。我们的相位门模拟，其中包括$1/f$电荷噪声波动的陷阱，表明这种对称性是最有效地利用，如果栅极操作之间的甜蜜点深（3，3）和（4，2）的电荷稳定区域迅速切换;预测非常接近一，如果可以进行亚纳秒切换的结晶度。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
High Fidelity Singlet-Triplet ${S}$-${T_-}$ Qubits in Inhomogeneous Magnetic Fields
利用$S$ - $T_-$子空间，提出了一组适用于双电子量子点中单重态-三重态量子比特的量子门。量子位旋转由所施加的磁场和由微磁体提供的正交场梯度驱动。我们优化了这个量子位的保真度作为磁场的函数，利用“最佳点”，其中旋转频率与能级失谐无关，提供了对电荷噪声的保护。我们模拟门操作和量子位旋转的准静态噪声的存在下，从电荷和核自旋以及泄漏到nonqubit状态，并预测，在硅量子点门的结晶度大于$99\%$可以实现两个近正交的旋转轴。
2015-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
High-Fidelity Single-Qubit Gates for Two-Electron Spin Qubits in GaAs
GaAs双量子点中单重态-三重态量子位的单量子位操作尚未达到容错量子信息处理所需的精度。考虑到实验上的重要限制和使用测量的噪声谱，我们数值上最小化的退相干（包括高频1/f类噪声）的影响，并从理论上表明，量子门的量子效率高于99.9%是可以实现的。我们还提出了一个自洽的调谐协议，它应该允许直接在实验中消除个别系统的门误差。
2021-01-22 quant-ph
Fast multi-qubit gates by adiabatic evolution in interacting excited state manifolds
量子计算和量子模拟可以通过级联一个和两个量子比特门和相互作用来实现。然而，对于大多数物理实现，探索脱离这种通用范式的状态组件和交互并提供对系统上更高级操作的更快或更鲁棒的访问可能是有利的。在这篇文章中，我们表明，沿激发交换相互作用的暗本征态的绝热通过可以用来实现快速多量子位Toffoli（C $_k$ -NOT）和扇出（C-NOT $^k$）门。这种机制可以通过同时激发原子到里德伯能级来实现，其特征在于共振交换相互作用。我们的理论估计和数值模拟表明，这些多量子位里德堡门是可能的，误差低于1%，高达20个量子位。激发交换机制在实验平台上是普遍存在的，我们证明了类似的多量子比特门可以在超导电路中实现。
2020-06-12 quant-ph
Automated Synthesis of Dynamically Corrected Quantum Gates
我们解决的问题，构建动态校正门的非马尔可夫开放量子系统的设置中的限制，可用的控制输入和/或控制噪声的存在，使现有的分析方法不可行。通过关注单重态-三重态电子自旋量子比特的重要情况，我们展示了如何使用最优控制理论的思想来自动合成动态校正门，同时最大限度地减少系统对退相干和控制误差的敏感性。提供了用于实现受现实时序和脉冲整形约束的鲁棒单量子比特旋转的显式序列，其可以为最先进的实验能力提供显著改善的门保真度。
2012-10-10 quant-ph
Single-qubit unitary gates by graph scattering
我们考虑平面波状态散射的影响有限图，作为一种方法来实现单量子比特酉操作的通用量子计算的连续时间量子行走框架内。在给定图的任意点上连接四个半无限尾，表示单个量子位的输入和输出寄存器。对于一系列的动量本征态，我们列举了所有的图形与高达$n=9$顶点的散射实现单量子位门。随着$n$的增加，新的酉操作的数量呈指数级增加，对于$n>6$，大多数对应于围绕大致均匀分布在布洛赫球上的轴的旋转。旋转的合理和无理倍的$π$被发现。
2011-11-21 quant-ph
Splitting and connecting singlets in atomic quantum circuits
该研究通过拓扑托尔塞斯泵在原子量子电路中实现单态的相干分裂与连接，展示了新的量子处理和传感方法。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Efficient verification of quantum gates with local operations
量子设备功能的有效验证是量子技术发展的关键，但随着系统规模的增加，这是一项艰巨的任务。在这里，我们提出了一个简单的和一般的框架来验证酉变换，可以应用于个人量子门和门集，包括量子线路。该框架使得能够有效地验证许多重要的酉变换，包括但不限于所有二分酉变换、Clifford酉变换、广义受控$Z$门、广义受控非门、受控交换门和置换变换。对于所有这些酉，样本复杂度最多随系统大小线性增加，并且通常与系统大小无关。此外，即使只能准备泡利本征态并进行局部测量，也不会产生太大的开销。我们的方法是适用于许多情况下，其中随机基准（RB）不适用，因此有助于量子计算和许多其他应用程序中的量子信息处理。
2020-04-16 quant-ph
Nonadiabatic Holonomic Single-Qubit Gates in Non-Hermitian Systems
School of Physics and Electronic Information, Yanan University（延安大学物理与电子信息学院）
针对非厄米哈密顿量描述的三能级系统，提出一种在无跳变机制下实现非绝热全纯单量子比特门的方案，通过双正交框架和定制复脉冲抑制退相干，无需循环演化即可实现任意全纯门。
2026-06-26 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
A dressed singlet-triplet qubit in germanium
IBM Research Europe – Zurich（IBM 欧洲苏黎世研究中心）；IBM Quantum, T.J. Watson Research Center（IBM 量子，T.J.沃森研究中心）
本研究在锗中实现低磁场和低交换相互作用下的高相干性ST量子比特，通过共振驱动提升门保真度和相干时间，为半导体量子处理器提供高效操作方案。
2026-03-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interlaced Dynamical Decoupling and Coherent Operation of a Singlet-Triplet Qubit
我们实验证明相干恢复的单重态-三重态叠加的交错量子比特旋转之间的卡尔-珀塞尔（CP）回波序列。然后，我们比较性能的哈恩，CP，级联动态解耦（CDD）和Uhrig动态解耦（UDD）的单重态恢复。在当前情况下，其中门噪声和漂移与空间变化的超精细耦合相结合，对移相有显著贡献，并且脉冲具有有限的带宽，CP和CDD产生相当的结果，T2 ~ 80微秒。
2010-12-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modeling of an efficient singlet-triplet spin qubit to photon interface assisted by a photonic crystal cavity
本文提出并优化了一种基于GaAs/AlGaAs异质结构薄膜的单重态-三重态自旋量子比特到光子接口，通过光子晶体腔和底部金反射器实现高效光提取，仿真总耦合效率可达48.5%。
2023-10-28 physics.optics quant-ph
Implementation of adiabatic Abelian geometric gates with superconducting phase qubits
基于超导相位量子比特系统中的非简并能量本征态，我们发展了一种绝热阿贝尔几何量子计算策略。在模拟超导相位量子比特电路中存在热涨落的情况下，对所设计的量子门的保真度进行了评估，发现其对随机误差具有相当的鲁棒性。此外，还阐明了设计的绝热演化中的Berry相可以通过为超导量子比特开发的量子态层析成像直接检测。
2007-08-07 cond-mat.supr-con quant-ph
An efficient singlet-triplet spin qubit to fiber interface assisted by a photonic crystal cavity
本研究提出一种基于GaAs/Al-GaAs异质结构薄膜的新型单重态-三重态自旋量子比特与光子量子比特光学接口，组件可光刻制备，FDTD模拟显示其自由空间耦合效率达28.7%，刻蚀中间层后可提升至48.5%，助力量子通信与片上集成。
2024-06-20 physics.optics quant-ph
Dephasing of Exchange-coupled Spins in Quantum Dots for Quantum Computing
半导体量子点中的自旋量子比特为量子信息处理带来了可扩展性和长相干时间的希望。一种重要的半导体量子比特系统是捕获两个电子或空穴的双量子点，其自旋态编码通过交换相互作用耦合的单重态-三重态量子比特或两个单自旋量子比特。本文报道了双量子点中两个交换耦合自旋的自旋退相研究进展。我们首先讨论了基于交换作用的门定义量子点或施主原子中的双量子比特门和量子比特编码方案。然后，我们报道了单重态-三重态量子比特和双量子比特门的自旋退相研究进展。进一步讨论了抑制自旋退相的方法。对自旋退相的理解可以为实现基于自旋的量子计算的高保真量子门提供见解。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energy spectrum, exchange interaction and gate crosstalk in a pair of double-quantum-dot system: a molecular orbital calculation
我们基于分子轨道方法对一个四电子四量子点系统进行了理论研究，该系统包含一对单重态-三重态自旋量子比特。我们明确地考虑到在所有的点的电子波函数的混合，并已发现，这种混合的波函数的能谱，交换相互作用和系统的门串扰的后果。具体地说，我们发现当两个单重态-三重态量子比特足够接近时，一些态不再由计算基态主导，交换相互作用不能简单地理解为单重态和三重态之间的能量差。使用Hund-Mulliken计算的Hubbard参数，我们表征的有效交换相互作用的系统，并已发现良好的协议与计算结果通过采取能量差在适用的情况下。我们研究了两种通常设想的耦合两个量子比特的方案，交换耦合和电容耦合，并且发现当量子比特间的距离处于某些中间值时，这两种耦合的强度相当，使两个量子比特的演化分析复杂化。我们还研究了由于电子态的量子力学混合而导致的系统中的门串扰，并且发现虽然这种效应通常非常弱，但如果量子位之间的间距类似于或小于构成量子位的双点之间的距离，则不应忽略这种效应。
2017-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Singlet-only Always-on Gapless Exchange Qubits with Baseband Control
本研究提出SAGE自旋量子比特方案，将单比特编码于四电子自旋中，可抵御磁场梯度引发的相干误差与泄漏，在梯度噪声主导下相干性能提升一个数量级，且双比特门脉冲序列更简化。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
