Quantum and Classical Two-photon Interference of Single Photons with Ultralong Coherence Time
本研究通过超长相干时间的单光子实现量子与经典双光子干涉，揭示两者本质相同，均为四阶干涉。
2024-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultralong Room-Temperature Qubit Lifetimes of Covalent Organic Frameworks
本文以共价有机框架（COFs）为可编程基质承载半醌类自由基量子比特，通过优化自旋相互作用实现298 K下T1>300 μs的超长弛豫时间，结合动态解耦提升相干性并实现室温核自旋检测，确立COFs为定制量子材料。
2025-06-04 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
A long-lived Zeeman trapped-ion qubit
我们证明了单囚禁$^{40}$ Ca $^+$离子的电子自旋叠加态的相干时间为2.1（1）~s。用自旋回波实验测量的相干时间对应于剩余均方根磁场波动$\leq$ ~2.7 $\times$ 10 $^{-12}$ ~T。通过将两层$μ$ -金属屏蔽与Sm $_2$ Co $_{17}$永磁体结合以产生0.37 mT的量化磁场来实现对由波动磁场引起的退相干的抑制，所述金属屏蔽在50 Hz至100 kHz的频率下将外部磁噪声降低20至30 dB。我们的结果将简单操作的自旋量子比特的相干时间扩展到超长的相干时间，到目前为止，只有在具有超精细结构的原子量子比特中观察到磁不敏感跃迁。
2016-06-23 quant-ph
Engineering a heat engine purely driven by quantum coherence
量子相干性对量子热机的性能是有利还是有害的问题已经被彻底研究，但仍然没有决定。为了隔离相干性的贡献，我们分析了一个纯粹的相干性驱动的量子热机，一个设备，不包括任何热流在热力学循环的性能。该引擎由多量子位系统的相干性提供动力，其中每个量子位通过使用Jaynes-Cummings模型与相干浴相互作用而充电。我们证明，最佳的相干充电，因此可提取的工作时，实现的相干浴有一个中间程度的一致性。在我们的模型中，当使用四个带电量子比特的副本时，可提取的功最大化。同时，引擎的效率，由每个输入相干流的可提取的工作，通过避免被存储在系统浴相关性，是不可访问的工作，被优化。我们数值计算发现，最高的效率是获得较低的温度和较弱的系统浴耦合比最佳的相干充电。
2023-01-31 quant-ph
Scalable quantum error mitigation for dynamical decoupling via Hadamard phase cycling
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）；Anhui Province Key Laboratory of Scientific（安徽省科学重点实验室）；New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；University of Science（科技大学）
本文提出了一种可扩展的非马尔可夫量子误差缓解方法，通过Hadamard相位循环技术准确表征退相干时间并提高量子态保真度，揭示了超长退相干时间可能源于伪影而非真实噪声抑制。
2026-11-04 quant-ph
Electron spin coherence on a solid neon surface
漂浮在凝聚的惰性气体液体或固体表面的单个电子可以作为具有超长相干时间的自旋量子比特，这要归功于此类系统的非凡纯度。以往的研究表明，在超流氦（He）表面上的电子自旋相干时间可以超过100 s。在本文中，我们提出了在固体氖（Ne）表面上的电子自旋相干性的理论研究，激发我们最近的实验实现的单电子电荷量子比特固体氖。研究的主要自旋退相干机制包括由于热声子引起的Ne反磁磁化率波动、正常金属电极中的热流波动以及$^{21}$ Ne系综的准静态核自旋波动。我们发现，在典型的实验温度约10 mK的全超导装置中，电子自旋退相干由第三种机制通过电子-核自旋-自旋相互作用控制。对于具有2700 ppm丰度的$^{21}$ Ne的天然Ne，估计的非均匀退相时间$T_{2}^{*}$约为0.16 ms，已经优于大多数半导体量子点自旋量子比特。对于市售的、同位素纯化的Ne与1 ppm的$^{21}$ Ne，$T_{2}^{*}$可以是$0.43$ s。在Hahn回波的作用下，相干时间$T_{2}$可提高到天然Ne的$30$ ms和纯化Ne的$81$ s。因此，固体Ne上的单电子自旋量子比特可以作为有希望的新自旋量子比特。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Short-time coherence of a qubit and measurement apparatus
考虑量子比特的纯退相模型，研究了测量装置对量子相干性的影响。通过对量子位执行非选择性测量，从整个系统的热状态准备初始状态。初始测量后相干性的大小由值$1/2$限定，该值通过特殊的测量方案和低温极限来实现。相干性的大小在确定的短时间尺度上以近似恒定的速度相同地消失、增加或减少，这取决于制备测量的选择。通过选择进一步的特殊测量方案和高温极限，有利于短时增加或减少速度的最大化。测量装置允许经由非选择性制备测量在短时间内操纵量子位的量子相干性。
2021-12-20 quant-ph
Electron charge qubits with 0.1 millisecond coherence time
电子电荷量子比特是固态量子计算的引人注目的候选者，因为它们在量子比特设计、制造、控制和读出方面固有的简单性。然而，所有现有的电子电荷量子比特，建立在传统的半导体和超导体，遭受严重的电荷噪声，限制相干时间为1微秒的数量级。在这里，我们报告了我们的实验实现的超长相干电子电荷量子比特，基于孤立的单电子被困在真空中的超净固体氖表面。量子信息被编码在与片上超导谐振器中的微波光子强耦合的电子的运动状态中。测量的弛豫时间$T_1$和相干时间$T_2$都是0.1毫秒的量级。在不使用量子限制放大器的情况下，单次读出保真度为98.1%。使用基于Clifford的随机基准测试的平均单量子比特门保真度为99.97%。同时强耦合的两个量子比特与同一个谐振器，作为第一步，两个量子比特纠缠门的通用量子计算。这些结果表明，电子固体氖（eNe）电荷量子比特优于所有现有的电荷量子比特的日期和竞争对手的最先进的超导transmon量子比特，为量子计算提供了一个有吸引力的平台。
2023-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Quantum Coherence in a Single Ion due to strong Excitation of a metastable Transition
我们考虑泵浦-探测光谱的一个高度亚稳态（探测）的时钟跃迁，这是通过使用量子跳跃技术监测的单个离子。对于弱时钟激光，我们得到了著名的Autler-Townes分裂。对于更强的功率的时钟激光器，我们证明了过渡到一个新的制度。这两个政权的区别是过渡的两个复杂的本征值，以纯粹的虚数，可以是非常不同的幅度。跃迁由时钟激光器的功率控制。对于泵浦共振，我们提出了简单的解析表达式为各种线宽和线的位置。
2000-10-05 quant-ph
Short Time Cycles of Purely Quantum Refrigerators
研究了没有经典模拟的四冲程奥托制冷循环。相对于工作介质的内部时间尺度而言，这些制冷机的特点是循环时间极短。因此，这些周期被称为突然的。突变环的特征是稳定的极限环，它是全局循环传播子的不变量。在其操作期间，工作介质的状态具有显著的一致性，由于分配的时间非常短，该一致性在平衡段中不会被擦除。该特性反映在工作介质的能量熵和冯诺伊曼熵之间的差异中。一个分类计划突然冰箱允许简单的近似的冷却功率和性能系数的开发。
2012-04-18 quant-ph
Origin of long-lived oscillations in 2D-spectra of a Quantum Vibronic Model: Electronic vs Vibrational coherence
我们表明，激子和振动运动的耦合在生物复合物可以提供机制来解释长寿命的振荡，已获得在非线性光谱信号的不同光合色素蛋白质复合物，我们讨论了激子与纯振动成分对这些振荡功能的贡献。考虑到二聚体模型耦合到一个结构化的谱密度，我们讨论了电子-声子动力学的基本方面，并通过分别分析不同的贡献的非线性信号，我们表明，对于现实的参数制度纯粹的电子相干性是相同的顺序作为纯粹的振动相干的电子基态。此外，我们展示了后者如何依赖于激子相互作用来体现。这些结果链接最近提出的微观，非平衡机制，以支持在环境温度下的长寿命的连贯性与实际的实验观察的振荡行为，使用2D光子回波技术，以证实电子和振动自由度的相互作用的光捕获聚集体的动态的根本重要性。
2013-09-02 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Bayesian Conditioning, the Reflection Principle, and Quantum Decoherence
贝叶斯代理分配给一组事件的概率通常随时间而变化，例如当代理根据新数据更新它们时。在本文中，我们解决的问题是如何代理的概率在不同的时间受到荷兰书的连贯性。我们回顾并试图澄清这样一个论点，即虽然一个代理人没有被相干性强迫使用通常的贝叶斯条件规则来更新他的概率，但相干性确实要求代理人的概率满足van Fraassen [1984]的反射原理（这需要Goldstein [1983]指出的相关约束）。然后，我们展示了专门的假设需要恢复贝叶斯条件反射式的考虑。把这个论点的背景下，量子测量理论，我们表明，“量子退相干”可以理解在纯粹的人格条款-量子退相干（假设在冯诺依曼链）是不是一个物理过程，但反射原理的应用。从这个角度来看，泽、祖雷克和其他人的退相干理论作为一个量子测量的故事，其情节完全颠倒过来了。
2011-03-30 quant-ph
Electronic coherence and coherent dephasing in the optical control of electrons in graphene
电子相干性对于量子力学固态性质的获取和控制至关重要。使用纯粹的电子可观测的光电流，我们测量了石墨烯中22 +/- 4 fs的电子相干时间。光电流非常适合测量电子相干性，因为它是量子路径干涉的直接结果，由两个超短双色激光脉冲之间的延迟控制。由第一脉冲注入的布居振幅与由第二脉冲产生的布居振幅之间的干涉的最大延迟确定电子相干时间。特别是，数值模拟表明，实验数据产生的电子相干时间的下限和相干退相掩盖了较低的相干时间。我们希望我们的研究结果将显着推进理解的相干量子控制的固态系统，从弱场激发强驱动系统。
2021-07-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum fluctuations hinder finite-time information erasure near the Landauer limit
信息是物理的，但信息也是在有限的时间内处理的。在计算协议方面，量子体系中的有限时间处理可以动态地产生相干性。在这里，我们表明，这可能有显着的热力学影响。我们证明，量子相干性产生的能量本征基的系统进行有限时间的信息擦除协议产生罕见的事件与极端耗散。这些波动是纯粹的量子起源。通过研究慢驱动极限下耗散热的全统计量，证明了相干性对所有统计累积量的非负贡献。使用简单和范例的例子，单比特擦除，我们表明，这些极端耗散事件产生不同的，实验上可区分的签名。
2020-10-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dynamical decoupling noise spectroscopy at an optimal working point of a qubit
我提出了一个理论的环境噪声光谱通过动态解耦的量子比特在一个最佳的工作点。考虑到一个序列的$n$脉冲和纯移相由于二次耦合到高斯分布噪声$ξ(t)$，我使用链接集群（累积量）的扩展来计算相干衰减。给出了允许重建噪声谱密度的解决方案。对于相关时间短于相干性衰减的时间尺度的噪声，通过动态解耦过程过滤的噪声可以被视为在大$n$下有效的高斯噪声，并且可以使用公认的噪声光谱学方法来重建$ξ^{2}(t)$噪声的光谱。另一方面，对于占主导地位的低频特性的噪声（具有$β\! > \! 1$的$1/f^β$噪声），累积量展开的无限阶重量化是必要的，并且它导致在长时间内具有幂律尾部的相干衰减的解析公式。在这种情况下，时间$t$处的相干性既取决于$ω\! = \! nπ/t$处的$ξ(t)$噪声的谱密度，又取决于噪声谱的有效低频截止，其通常由数据采集时间的倒数给出。对纯横向噪声引起的退相干的模拟表明，只要脉冲数不是很大，且纵向量子比特分裂远大于横向噪声幅度，本文推导的解析公式就适用于这种经常遇到的最佳工作点的情况。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing correlation times for edge spins through dissipation
具有开放边界的自旋链，如横向场伊辛模型，可以显示边缘自旋的相干时间，这些边缘自旋随着系统尺寸的变化而发散，这是几乎守恒的算子的结果，即所谓的强零模。在这里，我们将讨论当系统以两种不同的方式扰动时，这些相干时间的命运。首先，我们考虑一个单一的耦合连接链的两端的影响，当耦合弱，无相互作用，我们观察到稳定的长寿命的强零模式之间的谐波振荡。第二，更有趣的是，我们考虑的情况下，动力学成为耗散。虽然在一般耗散诱导退相干和信息的损失，在这里，我们表明，特别简单的环境，实际上可以提高相关时间超过那些纯粹的单一的情况下。这使我们能够概括的概念强零模式不可逆的马尔可夫时间演化，从而定义条件{ \em耗散强零地图}。我们的研究结果表明，耗散如何在原则上在量子设备中存储信息的协议中发挥有用的作用。
2018-05-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Long-lived oscillatory incoherent electron dynamics in molecules: trans-polyacetylene oligomers
我们确定了一个有趣的功能，通过计算检查的\emph{trans} -聚乙炔低聚物的分子系统的电子振动动力学。在这里，通过电子振动相互作用，导带中的电子的衰减共振地激发价带中的电子，反之亦然，导致两个不同的电子状态之间的电子布居的振荡交换，其寿命高达数十皮秒。这种振荡结构使人联想到量子态之间的拍频模式，并强烈暗示存在长寿命的分子电子相干性。然而，重要的是，电子相干特性的详细分析表明，振荡结构产生于一个纯粹的非相干过程。这些结果是通过传播耦合动力学的电子和振动自由度的混合量子经典研究的苏-施里弗-Heeger哈密顿聚乙炔。不相干的过程被示出发生在简并电子状态与不同的电子配置，间接耦合通过第三辅助状态的振动相互作用。讨论了如何在分子中构造电子叠加态，使其对退相干具有真正的鲁棒性。
2013-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
