Quantum logic gates using Stark shifted Raman transitions in a cavity
提出了一种利用失谐光腔与三能级喇曼系统相互作用实现基本的两量子比特逻辑门如量子相位门和控制非门的方案。我们讨论了斯塔克位移的作用，这是同样重要的条款导致双光子跃迁。所提出的逻辑门的操作涉及原子的亚稳态，因此不受自发发射的影响。这些想法可以扩展到产生多粒子纠缠。
2004-03-13 quant-ph
Scheme for a linear-optical controlled-phase gate with programmable phase shift
我们提出了一种线性光学方案，用于控制相位门，具有由量子位态编程的可调相移。与所有先前的可调谐受控相位门相比，相移不是硬编码到光学设置中，而是可以通过所谓的程序量子位的状态调谐到从0到pi的任何值。我们的设置是可行的，目前的技术水平，只使用线性光学元件。我们提供了一个实验的可行性研究，以评估门的可实施性。我们还讨论了增加的成功概率高达1/12，接近一个最佳的非可编程可调控制相位门的成功概率的选项。
2015-06-02 quant-ph
Implementation of Conditional Phase Shift gate for Quantum Information Processing by NMR, using Transition-selective pulses
在核磁共振（NMR）领域，量子信息处理的实验实现已经很好地建立。条件相移门的实现是一个重要的步骤，它导致了Grover搜索算法和量子傅里叶变换等重要算法的实现。该门已在核磁共振中用耦合演化方法实现。我们在这里演示的条件相移门使用过渡选择脉冲的实施。作为门的一个应用，我们演示了Grover的搜索算法和量子傅里叶变换的模拟和实验使用过渡选择脉冲。
2003-11-16 quant-ph
Hybrid quantum gates between flying photon and diamond nitrogen-vacancy centers assisted by optical microcavities
混合量子门由于保留了不同量子系统的优点，在量子信息处理中有着广阔的应用前景。在这里，我们提出了紧凑的量子线路，确定性地实现控制非，Toffoli和Fredkin门之间的飞行光子量子比特和金刚石氮空位（NV）中心的辅助微腔。这些通用量子门的目标量子比特被编码在与金刚石NV中心相关联的电子的自旋上，并且它们具有用于存储信息的长相干时间，并且控制量子比特被编码在飞行光子的偏振上，并且可以容易地被操纵。我们的量子线路紧凑、经济、简单。此外，它们不需要额外的量子比特。与两量子比特纠缠门的综合相比，我们的通用三量子比特门方案的复杂性大大降低。这些方案具有较高的准确度和效率，在实验上是可行的。
2017-03-02 quant-ph
Light-shift-induced quantum gates for ions in thermal motion
在热运动中的捕获离子之间的有效相互作用可以通过用与离子载波频率共振的单个激光器同时照射它们来产生。交流斯塔克位移通过几种运动模式诱导同时的“虚”双声子跃迁。在一定的激光强度范围内，这些跃迁可以相长干涉，从而产生相对快速的耐热双量子位逻辑门。
2001-03-26 quant-ph
NMR C-NOT gate through Aharanov-Anandan's phase shift
最近，提出了利用NMR通过Berry相位（绝热循环几何相位）移位进行量子计算（Jones等人，Nature，403，869（2000））。这种几何量子门由于Berry相位的几何性质，有望对某些类型的错误具有容错性。本文给出了一种在动态无相位演化环上利用Aharonov-Anandan相移（非绝热循环相移）实现NMR C-NOT门的方案。在我们的方案中，门是非相干运行的，因此它受退相干的影响较小。并且，在该方案中，我们在获得几何相移时选择了零动态相位时间演化环，不需要采取任何额外的操作来消除动态相位。
2001-05-10 quant-ph
Overcoming Stark-Shift Constraints in Phase-Controlled Rydberg Two-Qubit Gates
Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；DEVCOM Army Research Laboratory（德弗科姆陆军研究实验室）；Seoul National University（首尔国立大学）
该研究通过控制脉冲相位和振幅，实现高保真度的双量子位相位门，并提出两种稳健的控制方案以提高实验效果。
2026-01-04 quant-ph
Fast cooling of trapped ions using the dynamical Stark shift gate
本文提出了一种基于快速动态斯塔克位移门的囚禁离子激光冷却方案。由于这种冷却方法不包含非共振载流子跃迁，即使在行波光场中也实现了低的最终温度。所提出的方法可以在脉冲或连续模式下操作，并且也适用于在强磁场梯度中使用微波寻址的离子阱。
2006-07-27 quant-ph
Universal gates based on targeted phase shifts in a 3D neutral atom array
虽然量子比特和量子门的质量一直在稳步提高，但量子比特的可用数量增长相当缓慢。为了解决量子计算中的这一重要问题，我们已经展示了基于目标相移的任意单量子比特门，这种方法可以应用于原子、离子或其他类原子系统。这些门对解决光束缺陷高度不敏感，并且几乎没有串扰，允许量子比特数量的急剧增加。我们对由光晶格创建的40%完整的$5\times 5\times 5$ 3D阵列中的48个单独目标位点进行了串联选通。使用随机基准测试，我们证明了平均栅极保真度为0.9962（16），平均串扰保真度为0.9979（2）。
2016-01-14 quant-ph
Quantized phase shifts and a dispersive universal quantum gate
单个40 Ca+离子被捕获并被激光冷却到其运动基态。非共振耦合到离子的S1/2到D5/2跃迁的运动边带的激光辐射引起与离子的运动量子态成比例的相移|n>。由于相移是以离子的运动为条件的，我们能够证明一个通用的2-qubit量子门操作，其中电子目标态{S，D}根据运动的量子比特态而翻转|n>={|0>，|1>}。最后，我们讨论了线性离子晶体中这种通用量子门的标度特性，并对五个离子的最大纠缠态的产生进行了数值模拟。
2003-07-29 quant-ph
On the nonadiabatic geometric quantum gates
基于容错量子计算的需要，绝热几何相移量子门得到了广泛的研究。本文证明了几何相移和条件几何相移的非绝热格式。本质上，新方案只是添加一个适当的附加字段。利用这个附加场，可以精确地控制态的演化，使其在动态相位自由路径上进行，并给出了单量子比特的几何量子门和双量子比特的受控非门。
2001-08-26 quant-ph
Compiling Arbitrary Single-Qubit Gates Via the Phase-Shifts of Microwave Pulses
本研究提出利用微波脉冲相移的超导处理器任意单量子比特门编译方案，仅需校准两种脉冲，在fluxonium上实现最优保真度，另提出两种方案并证明虚拟Z门可扩展为任意轴虚拟门，适用于所有支持虚拟Z的平台。
2025-08-04 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
Universal quantum gates for photon-atom hybrid systems assisted by bad cavities
我们提出了两种确定性方案，分别在光子-原子和光子-原子-原子混合量子系统中构造CNOT门和Toffoli门。它们是通过腔辅助光子散射实现的，并且工作在具有坏腔的中间耦合区，这缓解了它们在实验上实现的困难。此外，坏腔对于快速量子操作和读出信息是可行的。与以前的工作相比，我们的方案不需要任何辅助量子比特和测量。此外，这些门的原理图设置很简单，特别是对于我们的Toffoli门，因为每次只有四分之一波包用于光子与每个原子的相互作用。这些原子-腔系统具有较长的相干时间，适合于光子与系统之间的多时间操作，可以作为长距离量子通信的量子节点。计算结果表明，在目前的实验条件下，我们设计的两种通用混合量子门的平均量子效率和平均量子效率都很高。
2017-01-01 quant-ph
Strategies for the preparation of large cluster states using non-deterministic gates
量子计算的簇态模型为可扩展的量子计算铺平了道路，即使在使用非确定性量子门时也是如此。这里的第一步是使用非确定性门制备大纠缠态。在这方面的一个关键问题是不同的“战略”的相对效率，即以什么顺序应适用于非确定性门，以最大限度地扩大规模的集群状态？在本文中，我们认为这个问题的背景下，“大”集群状态。具体来说，我们假设一个无限的量子比特资源，并询问从这个资源准备的“大”集群的稳态速率是什么，给定一个具有特定特征的纠缠门。我们衡量这一速度的纠缠门操作的数量。我们的方法适用于各种不同的纠缠门类型，任意故障概率。我们的研究结果表明，优先将相同的量子位键合在一起的策略比不这样做的策略要有效得多。此外，与早期的分析结果相比，我们的数值研究提供了显着改善的资源扩展。
2007-01-12 quant-ph
Error of an arbitrary single-mode Gaussian transformation on a weighted cluster state using a cubic phase gate
在本文中，我们提出了两种策略，用于减少使用单向量子计算实现的任意单模高斯变换的误差的四节点线性集群状态。我们表明，它是可能的，以尽量减少任何单模高斯变换的错误，通过适当选择的集群状态的权重系数。我们修改的计算方案，通过添加一个非高斯状态获得使用立方相位门作为集群的节点之一。这进一步减小了计算误差。我们评估所提出的优化方案的效率，比较量子计算的错误校正的概率与优化。我们已经证明，对于某些变换，错误概率可以减少高达900倍。
2022-10-10 quant-ph
Linear Optical Deterministic and Reconfigurable SWAP Gate
我们提出了一个确定性的SWAP门的空间编码量子比特。该门由波导交叉、马赫-曾德尔干涉仪和移相器构成，提供门的可重构性。通过操纵移相器的相位，我们可以应用SWAP或恒等门。作为最近邻量子比特网络的基本元素，SWAP门具有简单的结构和最小的开销，使其适用于通用量子计算。
2019-01-30 quant-ph
Efficient ion-photon qubit SWAP gate in realistic ion cavity-QED systems without strong coupling
本文提出了一种基于171 Yb+、40 Ca+和138 Ba+离子的腔QED系统的确定性离子-光子量子比特交换方案，即SWAP门。门也可以作为一个单光子量子存储器，其中一个传出的光子预示着传入的光子量子比特的成功到达。虽然强耦合，即单光子拉比频率是系统中最快的速率，通常被认为是必不可少的，这种门（类似于Duan-Kimble C相位门）只需要Purcell增强，即高单原子协同性。因此，它不需要小的模体积腔，由于难以将离子捕获在电介质表面附近，所以小的模体积腔难以与离子结合。相反，更大的腔，潜在地与阱装置更兼容，是足够的，只要它们的数值孔径足够高以在离子的位置处维持小的模式面积。我们定义了门操作的最佳参数，并模拟了预期的性能和效率，证明了有效的光子-离子量子比特交换，可扩展量子计算的一个有价值的构建块，实际上是可以实现的与当前的实验能力。
2020-04-09 quant-ph
Noisy Qudit vs Multiple Qubits : Conditions on Gate Efficiency for Enhancing Fidelity
该研究比较了噪声环境下量子比特与多量子比特系统的平均门保真度损失，推导出关键门时间比曲线，并证明特定量子比特平台在门效率上可与最先进量子比特平台竞争。
2025-05-27 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Quantum Shift Register
我们考虑一个量子线路，其中量子位的移位和旋转操作由交换门和受控交换门完成。这些操作对于量子计算机执行基本算术运算（如乘法和量子位的逐位比较）是有用的。
2001-12-19 quant-ph
Experimental realization of 7-qubit universal perfect controlled-NOT and controlled square-root NOT gates
受控非门和受控平方根非门在量子算法中起着重要的作用。本文报道了这两种通用量子逻辑门（受控平方根非门和受控非门）在7量子比特NMR量子计算机上的实验结果。进一步，我们提出了一种简单的实验方法来测量和校正受控相移门中的误差，这有助于在实验上构造更完美的相移门，也可以用于更多量子比特的离散傅里叶变换。
2001-09-12 quant-ph
Experimental realization of programmable quantum gate
我们在实验上演示了一个可编程的单量子位量子门。该设备将酉相移操作应用于数据量子位，其中相移的值完全由程序量子位的状态确定。我们的线性光学实现是基于将量子比特编码成单光子的偏振态，在偏振分束器上进行双光子干涉，并对输出程序量子比特进行测量。我们充分表征的可编程门的量子过程层析成像。所实现的超过97%的平均量子过程保真度示出了对于编码相移的所有值的门的非常好的性能。我们还表明，通过使用一组不同的程序状态的设备可以作为一个可编程的部分偏振滤波器。
2008-12-08 quant-ph
Quantum Gates for Propagating Microwave Photons
我们报告了一个通用的计划，实现传输型量子门传播微波光子，基于一系列的集总元件组件的传输线。通过选择三个等距的超导量子干涉器件（SQUID）作为单个传输线上的组件，我们在实验上实现了磁通量可调移相器，并证明了它在实验不确定度内产生了宽范围的相移和全传输。与先前演示的分束器一起，这些移相器可以用于实现任意单量子位门。此外，我们从理论上表明，超导量子比特取代SQUID，移相器可以强非线性，从而引入确定性的光子-光子相互作用。这些结果是对先前按需单光子源和探测器的重要补充，因此为基于传播光子的全微波量子计算机铺平了道路。
2017-03-07 quant-ph
Quantum-classical tradeoffs and multi-controlled quantum gate decompositions in variational algorithms
本文针对近期量子设备的资源限制，以QAOA求解MIS问题为例，探究了算法层面（三种QAOA变体的经典参数、量子门等权衡）与硬件层面（多控制门分解的门分解代价指标）的量子-经典资源权衡。
2024-10-01 quant-ph
Effects of ground state hyperfine shifts in quantum computing with optically hole burnt materials
本文研究了在离子掺杂晶体量子计算中，基态超精细量子比特态的恒定但随机的位移效应。利用复双曲正割脉冲可以可靠地将离子转移到电子激发态，并利用微扰方法分析了基态超精细位移的影响。该分析表明，由于超精细移位的误差在门操作期间被动态地抑制，这一事实我们归因于AC斯塔克移位。此外，我们提出了一个控制相位门，这是弹性的超精细移位的影响的实现。退相干和衰减效应包括在模拟中，以表明演示的量子门是可行的系统参数的相关范围内。
2006-09-22 quant-ph
Scalable photonic quantum computing assisted by quantum-dot spin in double-sided optical microcavity
研究了利用腔量子电动力学的结果，在双面光学微腔中由量子点自旋引起的巨光学圆双折射实现可扩展光子量子计算的可能性.通过两个单光子输入-输出过程，在两个光子量子比特上构造了一个确定性的受控非门，并在光学谐振微腔中的电子介质自旋上读出。这一思想可以应用于光子量子比特上的多量子比特门，并给出了三光子Toffoli门的量子线路。当侧漏对腔体的损失率较低时，可以实现高的结晶度和高的效率。值得指出的是，我们的设备工作在强和弱耦合制度。
2013-07-18 quant-ph
Quantum phase gate Based on Electromagnetically Induced Transparency in Optical Cavities
基于电磁感应透明效应，我们从理论上研究了在光腔中由单原子构成的系统中实现量子相位门。首先，我们表明，探测脉冲可以经历一个$π$相移由于存在或不存在的经典控制场。考虑到腔EIT效应和量子存储过程的相互作用，我们证明了两个单光子之间的受控相位门。为此，首先需要在基态原子态中存储（控制）光子。在下文中，第二个（目标）光子必须撞击原子-腔系统。根据原子状态，第二个光子将被透射或反射，获得不同的相移。然后，该协议可以容易地扩展到多光子系统，即，保持控制光子的存储，它可以在几个单光子中引起相移，从而能够产生多体纠缠态。我们探讨了原子-腔系统中的相关参数空间，该空间允许使用最新技术实现量子相位门。特别地，我们发现了一个原子-腔系统的合作性的下限，它使得单光子相移的实现成为可能。光子量子比特的相位上的诱导移位和单光子之间的受控相位门，与光学器件相结合，使得能够执行通用量子计算。
2016-09-09 quant-ph
Bounds on the Probability of Success of Postselected Non-linear Sign Shifts Implemented with Linear Optics
利用单光子源、线性光学和光子计数器实现了线性光学量子计算的基本门。这些门的成功取决于在不使用反馈的情况下检测到的光子的图案。在这里，它表明，这些门的成功的最大概率通常严格小于1。对于单模式非线性符号移位，成功的概率以1/2为界。对于两个模式的条件符号移位，该概率以3/4为界。这些界限仍然大大大于迄今为止可实现的最高概率，分别为1/4和2/27。
2003-07-02 quant-ph
Polarization phase gate with a tripod atomic system
我们分析了一个四能级原子系统被驱动到三脚架位形时的非线性光学响应。在这样的系统中发生的大的交叉克尔非线性被证明产生$π$阶的非线性相移。在磁光阱中的冷原子气体中可以观察到这种显著的位移，在那里它可能被用来实现偏振量子相位门。这种门的实验可行性在这里详细检查。
2004-03-15 quant-ph
Maximum speed of quantum gate operation
我们考虑一个量子门，由一个一般的含时哈密顿量驱动，它补充了一个量子比特的状态，然后给它加上一个任意的相移。它表明，门的最小操作时间为τ =（h/4 E）（1+2 θ/π），其中h是普朗克常数，E是量子力学平均能量随时间的平均值，和θ是相移模π。
2003-06-21 quant-ph
Characterization of an asynchronous source of heralded single photons generated at a wavelength of 1550 nm
我们做了一个彻底的分析预示单光子源的因素，如探测器的门周期，光子速率，光纤耦合效率，和系统损耗影响的源的性能。在这个过程中，我们给出了如何确定光纤耦合效率从实验测量量的详细描述。我们表明，异步源执行，在大多数条件下，优于同步源多光子事件，但只有接近完美的耦合效率。我们应用该理论的异步源预示着单光子的基础上自发参量下转换周期性极化，散装，KTiOPO4晶体。光源产生具有810 nm和1550 nm的高度非简并波长的光，其中810 nm光子用于宣布单模光纤内1550 nm光子的存在。对于我们的设置，我们发现在单模光纤中存在1550 nm光子的概率，如810 nm光子所宣布的，为48%。与泊松光源相比，多光子事件的概率被强烈抑制，从而给出高度亚泊松光子统计。
2007-06-20 quant-ph
Operation Time of Quantum Gates
我们考虑一个量子门，它补充了一个量子比特的状态，然后给它加上一个任意的相移。结果表明，该门的最小工作时间为τ =（h/4 E）（1+2 θ/π），其中h为普朗克常数，E为量子力学平均能量，θ为相移模π. [We将宏文件的名称更改为更适合Windows的名称，并且我们澄清了备注“注意...“在等式（4）之后。]
2002-10-25 quant-ph
Non-adiabatic conditional geometric phase shift with NMR
条件几何相移门是近年来利用核磁共振技术在绝热条件下研制的一种具有一定误差容错能力的几何相移门。根据绝热要求，除非汉密尔顿在过程中变化得极其缓慢，否则结果是不准确的。然而，在量子计算中，一切都必须在退相干时间内完成。量子计算机的功耗与在退相干时间内可以进行的最大逻辑门运算次数成指数关系，这就要求量子计算中的每一个逻辑门都具有很高的运行速度。绝热条件使得任何快速的条件Berry相位（循环绝热几何相位）移位门都是不可能的。在这里，我们表明，通过使用一个新的设计序列的简单操作与一个额外的垂直磁场，条件几何相移可以做到非线性。因此，几何量子计算可以在与通常量子计算相同的速度水平上进行。
2002-08-22 quant-ph
Optical $π$ Phase Shift Created with a Single-Photon Pulse
确定性光子-光子量子逻辑门是一个长期的目标。如果只包含一个光子的光脉冲在另一个光场上印上了$π$的相移，那么建造这样一个门就成为可能。在这里，我们实验证明了这样的$π$相移与单光子脉冲的产生。平均包含少于一个光子的第一光脉冲被存储在原子气体中。里德伯阻塞与电磁感应透明相结合，为通过介质传播的第二光脉冲产生相移。在探测到第一个脉冲的光子后，我们测量第二个脉冲的$π$相移。这证明了光子-光子门的关键一步，并在量子信息处理领域提供了各种应用。
2016-04-29 quant-ph
Radiative corrections and quantum gates in molecular systems
我们提出了一种利用分子耦合到外激光场进行量子信息处理的方法。这利用了分子间的相互作用、外场的控制和两个耦合分子的双激发态的有效能量位移。在文献[1]报道的双光子共振实验中已经观察到这种能级移动。在这里，我们表明，这可以解释的QED兰姆位移。我们量化的性能提出的量子逻辑门的耗散机制的存在下。执行单量子位和双量子位操作所需的幺正变换可以用当今的技术来实现。
2005-01-28 quant-ph
General parameter-shift rules for quantum gradients
变分量子算法在有噪声的中等规模量子计算机中无处不在。由于传统参数化量子门的结构，所评估的函数通常是输入参数的有限傅立叶级数。在这项工作中，我们使用这一事实来推导新的，一般的单参数门的参数移位规则，并提供封闭形式的表达式来应用它们。然后将这些规则与随机参数移位规则相结合，推广到多参数量子门。我们对每个规则的量子资源需求进行了系统的分析，并表明对于高阶导数，资源的减少是可能的。使用量子近似优化算法的例子中，我们表明，广义参数移位规则可以减少电路评估的数量显着计算时，相对于参数，饲料到许多门的衍生物。我们的方法还再现重建的评估功能，以选定的顺序，导致已知的推广的Rotosolve优化和量子分析下降优化算法的新扩展。
2022-03-22 quant-ph
Parity Measurements using Dispersive Shifts for Surface Codes
针对量子纠错中CNOT门导致稳定子测量保真度下降的问题，提出基于色散位移的单次测量方法，在4量子比特系统中实现99.8%保真度和600 ns门时间，显著优于传统CNOT电路。
2023-09-13 quant-ph
Selecting Efficient Phase Estimation With Constant-Precision Phase Shift Operators
我们调查三个相位估计程序，只需要恒定精度的相移运营商的成本。成本是指基本门的数量，而不仅仅是测量的数量。当所需精度n较大时，更快的相位估计需要具有\log * 减小因子的最小数量的测量。与Kitaev的方法相比，任意恒定精度方法（ACPA）需要最少数量的基本门，最小减少因子为14。在ACPA中，随着精度的提高，减少因子增加。Kitaev的方法在基本门计数方面与更快的相位估计相比具有14的减少因子。
2013-06-12 quant-ph
Robust quantum gates and a bus architecture for quantum computing with rare-earth-ion doped crystals
我们提出了一种复合脉冲控制相位门，它与总线结构一起提高了最近基于稀土离子掺杂晶体的量子计算提案的可行性。我们提出的门操作是宽容的耦合强度，脉冲长度和频率偏移的离子之间的变化，它实现了最坏情况下的耦合强度高达10%和频率偏移高达百分之几的谐振拉比频率的激光器用于实现门的相对变化在0.999以上的结晶度。我们概述了一个实验，以证明在系统中的最大纠缠态的创建和检测。
2003-01-09 quant-ph
A near deterministic linear optical CNOT gate
我们展示了如何使用多个单光子源，线性光学，光子数分辨量子非破坏探测器和前馈来构建一个近确定性的CNOT。这种门不需要使用其他实现中常见的大规模纠缠态，并且只需要一个辅助光子就可以非常有效地利用资源。该门的关键元件是非破坏探测器，其使用弱交叉克尔非线性效应来有条件地在相干探测器上产生相移，如果光子存在于信号模式中。然后可以使用高效的零差检测来测量这些潜在的相移。
2004-08-31 quant-ph
General quantum computation on photons assisted with double single-sided cavity system
本研究提出双单侧腔耦合二能级系统的物理结构，推导其光学特性，用氮空位中心实现可在强弱耦合区工作的光子多比特相位门，具备高保真度与门效率，为光子通用量子计算提供新方案。
2025-07-30 quant-ph
Spectral Effects of Fast Response Cross Kerr Non-Linearity on Quantum Gate
根据理想化模型，强克尔非线性可以通过在量子态上诱导条件相移来构建用于光学量子信息处理的光学量子门。最近，Shapiro（PRA 73，062305（2006））认为，对于具有非瞬时但快速响应的克尔介质，在两个单光子输入状态上基本上没有引起相移，因此从这样的介质构建的量子门不能工作。在这里，我们表明，一个快速响应克尔介质诱导一些，但非常小的相移的双单光子输入状态，它是不够的高保真度量子计算。我们指出，这是由于介质赋予光谱纠缠的输入光子。我们进一步表明，一种方法来规避这个问题，并实现高保真度的门，是工程的色散特性的介质，除了满足相位匹配条件，给一个占主导地位的频谱效应的非瞬时响应。
2008-11-30 quant-ph
Implementation of universal quantum gates based on nonadiabatic geometric phases
提出了一种实验上可行的基于非绝热几何相移实现量子计算的方案，即利用循环几何相位实现一组通用的量子门.这组门的物理实现是为约瑟夫森结和NMR系统设计的。有趣的是，我们发现在适当的可控条件下，非绝热相移可能与操作时间无关。目前的非绝热几何门的一个显着特点是，没有本质上的限制的操作时间，不像绝热几何门。除了基本的兴趣，我们的结果可以简化基于固态系统的几何量子计算的实现，其中退相干时间可能很短。
2002-08-08 quant-ph
A CNOT Gate in a Glass Chip
在我们早期的工作中，我们假设简单的量子门和量子算法可以利用光子在复用全息元件中的衍射现象来设计。我们使用的量子本征态是光子的横向线性动量（LM），由穿过孔径的倾斜波的数量来测量。电路模型中的线性光学量子计算的两个性质使得这种方法很有吸引力。首先，任何有条件的测量都可以与任何幺正量子门在时间上交换;其次，光子纠缠可以被编码为单个光子在由LM提供的高维状态空间中的叠加态。本文描述了在全息介质中构造受控非门逻辑的实验结果，并给出了这种器件的量子态层析成像。我们的理论和数值结果表明，OptiGrate的光热折射（PTR）玻璃是一种使能技术。这项工作是基于耦合模理论和数值模拟，所有参数与PTR玻璃一致。我们讨论了这种技术的优势（高效率，对环境的鲁棒性）和局限性（可扩展性，串扰）。虽然不可扩展，但是这种光学元件对于更广泛的量子信息处理应用的实用性和鲁棒性可以是实质性的。
2015-12-16 quant-ph
A high fidelity light-shift gate for clock-state qubits
到目前为止，两个量子比特之间的最高保真度量子逻辑门已经通过捕获离子中的几何相位门的变化实现，其中两个主要变体是Molmer-Sorensen门和光移（LS）门。这两种方法都有各自的优势和挑战。例如，后者在技术上更简单，并且对光学相位不敏感，但它还没有直接作用于时钟状态量子位。我们提出了一种新的技术，用于实现LS门，结合了这两种方法的最佳功能：通过使用一个小的（$\sim {\rm MHz}$）失谐从一个狭窄的（偶极禁止）的光学过渡，我们能够直接操作LS门超精细时钟状态，实现门的性能$99.74(4)\%$使用适度的激光功率在可见光波长。目前的栅极不稳定性似乎是由技术噪声主导的，理论建模表明，栅极保真度高于$99.99\%$。
2020-03-02 physics.atom-ph quant-ph
Implementation of a quantum phase gate by the optical Kerr effect
我们证明了光克尔效应可以用来构造量子相位门。从量子非破坏技术中众所周知，当两个光子场模式通过克尔介质时，每个模式的相位将被移动，并且相移的大小将取决于两个模式中的光子数。我们讨论了负责这种效果的哈密顿量，并展示了如何产生有效的光子-光子相互作用，这对应于量子相位门操作两个量子比特，每个量子比特由一个光子场的椭圆偏振表示。我们讨论了退相干和损失，并提出了一些处理它们的方法。
2000-09-26 quant-ph
Fast Phase-manipulation of the Single Nuclear Spin in Solids by Rotating Fields
我们提出了单核自旋与单电子自旋相互作用的快速相位门。门操作利用由快/慢旋转场引起的电子自旋的几何相移;取决于核自旋状态的路径差使核相移成为可能。门控时间与慢旋转场的频率成反比。作为一个例子，我们使用金刚石中的氮空位中心，并显示相门时间的数量级比以前报道的短。我们还显示了对退相干和系统误差的门的鲁棒性。
2016-12-07 quant-ph
A photon-photon quantum gate based on a single atom in an optical resonator
自由空间中的两个光子不受干扰地相互通过。这对于信息的忠实传输是理想的，但是禁止了光子之间的相互作用，而光子之间的相互作用是光学量子信息处理中的大量应用所需要的。这里长期存在的挑战是实现确定性光子-光子门。这需要一个非常强的相互作用，以至于两个光子可以相互移动π的相位。对于偏振量子比特，这相当于一个光子的偏振到正交态的条件翻转。到目前为止，只有基于线性光学和光子探测器的概率门可以实现，因为“没有已知或可预见的材料具有足够强的光学非线性来实现这种条件相移。“[《科学》，318，1567]。与此同时，量子非线性系统发展的巨大进步为单光子实验开辟了新的可能性。平台范围从原子系综中的里德伯封锁到单原子腔量子电动力学。单光子开关和晶体管、双光子网关、非破坏性光子探测器、光子路由器和非线性移相器等应用已经得到证明，但它们都没有最终的信息载体，即光学量子比特。在这里，我们利用高精细光学谐振腔中单个原子提供的强光-物质耦合来实现通用受控相位翻转（CPF，π相移）光子-光子量子门的Duan-Kimble协议。我们实现了F=（76.2+/-3.6）%的平均门保真度，并具体证明了条件偏振翻转以及独立输入光子之间纠缠产生的能力。我们的门可以轻易地完成迄今为止存在的大部分双光子操作。它还公开了通向光子是必不可少的新的量子信息处理应用的途径。
2017-02-16 quant-ph
Reliability of optical gate array for C-Sign operator
研究了KLM模型量子计算机中C-Sign算符的光闸阵列，其中包含线性元件和两个非线性相移。线性元件和光子计数被认为是理想的，而非线性相移是现实的和不可避免的因素的消相干的主题：立即光子泄漏从腔和介导的泄漏与原子，飞出腔，并发挥辅助作用。我们利用JC模型和Lindblad主方程估计了C-Sign算符的有效性对光子泄漏率的依赖性，并估计了这种有效性对量子计算的限制.
2015-06-28 quant-ph
Quantum control landscape for ultrafast generation of single-qubit phase shift quantum gates
在这项工作中，我们考虑了单量子位相移量子门的超快控制产生问题。全局最优控制是一种能使门具有最大可能保真度的控制。陷阱是一种仅局部最优而非全局最优的控制。之前已经表明，对于任意单量子位量子门的受控生成足够长的时间，以及对于除相移门之外的量子门的快速控制，不存在陷阱。在前面的分析中错过了相移门的超快生成。在这项工作中，我们表明，结合分析和数值优化方法，如梯度上升脉冲工程（GRAPE），差分进化，和双退火，控制景观超快产生的相移门也是免费的陷阱。量子控制景观的数学分析是量子控制中的一个重要课题，其目的是证明量子控制目标泛函中陷阱的存在或不存在。在这项工作中，我们提供了一个严格的分析的量子控制景观的超快生成的单量子位量子门和显示，结合分析方法的基础上的一个复杂的分析谱的海森，和数值优化方法，如梯度上升脉冲工程（GRAPE），差分进化，和双重退火，控制景观的超快生成的相移门是免费的陷阱。
2021-04-27 math-ph math.MP quant-ph
Modularization of multi-qubit controlled phase gate and its NMR implementation
量子线路网络是实现一定计算任务的电路集合。多量子比特控制的相移是量子门的重要组成部分，处于量子线路网络的中心。本文将经典计算机体系结构中的模块化构造方法应用到量子计算机中，给出了多量子比特相位门的递归实现。受控相移门的这种实现在实现某些量子算法时是方便的。我们在一个三量子位的核磁共振量子系统中实验实现了这种模块化的多量子位控制相位门。该网络在核磁共振技术中用选线脉冲进行了实验验证。该程序具有简单和易于实施的优点。
2004-11-24 quant-ph
Generalized Quantum Control-Not Gate in Two-Spin Ising System
数值研究了双自旋系统量子控制非门的物理实现。提出了具有任意相移的广义量子控制非门的概念。它示出了一个谐振的$π$脉冲提供了一个简单的例子，一个广义的量子控制非门。
1998-02-03 quant-ph
Efficient parallelization of quantum basis state shift
本文提出并行化量子基态移位算法，显著降低电路深度，实现门数与工作量子比特的线性扩展，优于基于量子傅里叶变换的二次扩展方法。
2023-10-10 quant-ph
Robust Two-Qubit Gates Using Pulsed Dynamical Decoupling
本文提出并实验验证了一种基于脉冲动力学去耦的射频控制囚禁离子双量子比特相位门，该门对多种误差源具有鲁棒性，且资源效率高并具备快速门操作潜力。
2022-11-07 quant-ph
