Single-Spin Measurement and Decoherence in Magnetic Resonance Force Microscopy
我们考虑一个简单的版本的循环绝热反演（CAI）技术在磁共振力显微镜（MRFM）。我们研究的问题：什么成分的自旋是在CAI MRFM测量？我们表明，非破坏性检测的悬臂振动提供了一个测量的自旋分量沿有效磁场。这一结果是基于数值模拟的哈密顿动力学（薛定谔方程）和数值解的主方程。
2002-10-07 quant-ph
Quantum Dynamics of the Oscillating Cantilever-Driven Adiabatic Reversals in Magnetic Resonance Force Microscopy
利用振荡磁共振驱动绝热反转（OSCAR）技术，对磁共振力显微镜（MRFM）进行了量子动力学模拟。我们估计的悬臂梁振动的频率偏移，并证明，这种偏移导致形成的薛定谔猫状态，它有一些相似之处和不同之处，从传统的MRFM技术，使用循环绝热反转的自旋。的悬臂与环境的相互作用示出迅速破坏两个可能的悬臂轨迹之间的连贯性。我们已经表明，使用部分绝热反转，可以产生OSCAR信号的显着增加。
2003-06-16 quant-ph
Formation and Dynamics of a Schrödinger-Cat State in Continuous Quantum Measurement
我们考虑的过程中，一个真正的连续测量量子力学的一个例子，使用磁共振力显微镜（MRFM）的单自旋测量。这种技术对于不同的应用也很重要，包括量子计算中量子比特状态的测量。测量发生在通过一个准经典悬臂梁的相互作用的一个单一的自旋，由一个量子振荡器在一个准经典的参数区域中的相干态。整个系统被严格处理的框架内的薛定谔方程，没有任何人为的假设。计算机模拟的自旋悬臂梁动力学，其中的自旋是连续旋转的循环绝热反转，表明悬臂梁演变成薛定谔猫状态：悬臂位置的概率分布开发两个不对称的峰值，准周期性出现和消失。对于一个多自旋系统，我们的方程减少到经典的运动方程，我们准确地描述了传统的MRFM实验涉及循环绝热反转的自旋系统。我们推测悬臂与环境的相互作用将导致波函数的坍缩;然而，我们表明，在这种情况下，自旋不会跳到自旋本征态。
2001-01-07 quant-ph
Sequential Probability Ratio Test for the detection of a single electron spin in the OSCAR setup
MRFM器件是一种在磁场中操纵单电子自旋共振的强大装置。然而，由于输出信号的SNR非常低，共振自旋的实时观察仍然是一个问题。本文研究的可用性和效率的顺序检测计划（顺序概率比测试），以减少所需的集成时间，相比标准的固定时间检测计划。
2004-02-24 quant-ph
Wave function collapses in a single spin magnetic resonance force microscopy
研究了振荡悬臂梁驱动绝热反转（OSCAR）磁共振力显微镜（MRFM）技术中的波函数坍缩效应。考虑到自旋上的磁噪声，对悬臂梁尖端（CT）和自旋的量子动力学进行了分析和模拟。自旋与有效磁场方向的偏离导致CT振荡频率的可测量的偏移。我们表明，这种移位的实验研究可以揭示波函数连续崩溃之间的平均时间间隔的信息
2004-04-20 quant-ph
Novel Fabrication of Micromechanical Oscillators with Nanoscale Sensitivity at Room Temperature
我们报告超灵敏微机械振荡器的设计，制造和实施。我们的具有集成磁性结构的单晶硅悬臂梁是同类产品中的第一款：它们采用新型高产量工艺制造，其中磁性薄膜图案化和沉积与悬臂梁制造相结合。这些新的设备已被开发用于悬臂式磁强计和核磁共振力显微镜（MRFM）的力传感器。这两个应用程序已经实现了纳米级的分辨率使用本工作中描述的杠杆。当用作磁力计时，该器件实现的电流磁矩灵敏度在室温下为10^{-15} J/T，与传统磁力计相比，灵敏度提高了1000倍以上。目前MRFM悬臂梁的室温力灵敏度在1 Hz带宽内为~10^{-16} N，这与其类型的类似装置的室温灵敏度相当。有限元建模用于改进设计参数，确保装置满足实验要求，并将模态形状与观测结果相关联。优化了MEMS制造工艺，平均产率约为85%，取向优于1000 nm。当需要纳米尺度尺寸时，使用制造后聚焦离子束铣削来进一步图案化集成磁性结构。
2006-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Measurement of the Josephson Junction Phase Qubits by a Microstrip Resonator
考虑了用微波谐振腔测量相位量子比特的过程，考虑了量子比特与谐振腔之间的各种相互作用。提出了一种新的基于量子比特态被有效场绝热反转的准经典方法。一个类似的方法被实施较早的检测电子和核自旋使用磁共振力显微镜（MRFM），但这种方法还没有被用于测量一个量子态。准经典和量子制度的描述。我们考虑线性和非线性谐振器。分析了环境对测量过程的影响。
2009-12-18 quant-ph
Electron spin detection in the frequency domain under the interrupted Oscillating Cantilever-driven Adiabatic Reversal (iOSCAR) Protocol
磁共振力显微镜（MRFM）是一种利用微机械悬臂梁测量自旋诱导attonewton力的新兴技术。在间断振荡悬臂梁驱动绝热反射（iOSCAR）方法中，通过外部射频（RF）磁场操纵小的电子自旋系综，以在悬臂梁的谐振频率中产生小的周期性偏差。这些偏差可以通过频率解调，然后通过常规的幅度或能量检测来检测。在本文中，我们开发了几个信号模型，已被假设为iOSCAR自旋操纵引起的测量的最佳检测器。我们表明，两个简单的变种的能量检测器-过滤的能量检测器和混合过滤的能量/振幅/能量检测器-近似渐近最佳的离散时间（DT）随机电报信号模型假设高斯白噪声（WGN）。对于D-T随机游走信号模型，当转移概率对称时，滤波能量检测器的性能接近最佳Likestival比检验（LRT）。
2004-01-14 quant-ph
Positive P-Representations of the Thermal Operator from Quantum Control Theory
给出了自旋j热密度矩阵的正P表示的封闭形式。该表示是通过将波函数看作闭环控制系统的内部状态来构造的。证明了连续的干涉测量过程是一个选择相干态的过程，并证明了反馈控制等效于一个热库。导出了Ito方程，并从Fokker-Planck方程得到了P-表象。导出了朗之万方程，证明了力噪声是测量噪声的希尔伯特变换。将该方法应用于磁共振力显微镜（MRFM）和重力波（GW）干涉测量。一些未解决的问题有关的漂移和扩散希尔伯特空间的注意。
2004-01-27 quant-ph
Modeling spin magnetization transport in a spatially varying magnetic field
我们提出了一个框架，在任何空间配置中的任何数量的全局守恒量的运输建模，并应用它来获得一个模型的自旋系统，是有效的在新的制度（包括高极化）的磁化输运。该框架允许熵函数定义明确遵守热力学热力学定律的模型。该模型的三个方面进行了探讨。首先，它被表示为非线性偏微分方程，是有效的高偶极能量和极化的新制度。其次，在低偶极能量（半线性）的极限下探讨了非线性模型，并由此导出了表征分离磁化输运（SMT）的物理参数。结果表明，SMT发生的充分必要条件是参数是空间非齐次的。第三，高自旋温度（线性）限制被证明是等价的核自旋输运的Genack和Redfield的模型。三种形式的模型之间的差异说明了相应的磁共振力显微镜（MRFM）实验参数的数值解。一个家庭的分析，稳态解的非线性方程推导出，并示出的自旋温度模拟的朗之万顺磁方程和居里定律。最后，我们分析了磁化输运的分离质量，并且磁化的稳态解与Fenske的分离质量输运方程是相容的。
2014-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Practical recipes for the model order reduction, dynamical simulation, and compressive sampling of large-scale open quantum systems
University of Washington（华盛顿大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出了一种用于模拟连续测量和控制的开放量子自旋系统的数值方法，通过引入噪声、转换为等效测量控制过程以及投影到降维Kähler流形上，实现了高效模拟和压缩采样。
2008-05-13 cs.IT cs.NA math.IT
Quantum Biomimetic Modeling of Diamond NV$^{-}$ Center Spin Dynamics
钻石NV $^{-}$中心的自旋动力学与负责鸟类磁感受的化学罗盘相似。我们提出了一个基于量子主方程的模拟框架，前者是基于后者的自由基对模型。我们发现，这个框架捕捉所有的实验研究的NV $^{-}$中心自旋系统的行为，因此可以是一个预测建模工具。
2017-09-22 physics.atom-ph quant-ph
Operational Dynamical Modeling of spin 1/2 relativistic particles: the Dirac equation and its classical limit
操作动态建模的形式主义[物理学。{ \bf 109}，190403（2012）]用于分析自旋半相对论粒子的动力学。我们从特别构造的相对论性埃勒菲斯特定理出发，假设坐标和动量不对易，得到狄拉克方程。禁止反粒子的产生并要求坐标和动量的交换性导致经典的Spohn方程[Ann. Phys. { \bf 282}，420（2000）]。此外，Spohn方程原来是经典的库普曼-冯诺依曼理论的基础上的狄拉克方程。
2018-05-21 quant-ph
An alternative formalism for modeling spin
我们提出了一种替代的形式主义建模自旋。这种形式化的本体元素是长度为$n$的基2序列。然后，通过考虑基-2序列之间的相关性，开发了模拟物理所需的机器。在选择一个参考基2序列时，可以定义一个关系系统，我们将其解释为量子数。基于这些相关量子数的性质，从第一性原理出发，导出了控制相互作用自旋系统的选择定则。还提供了一种计算关联概率的工具，即量子力学中的平方Clebsch-Gordan系数。由此产生的模型提供了一个生动的自旋和相互作用的自旋系统的信息论图片。重要的是，这个模型是在没有对时空的性质做任何假设的情况下开发的，这为研究涌现的时空模型提供了一个有趣的机会。
2022-08-11 quant-ph
Phonon-Coupled Hole-Spin Qubits in High-Purity Germanium: Design and Modeling of a Scalable Architecture
本研究设计并建模了基于高纯锗栅控量子点空穴自旋量子位的可扩展量子架构，通过集成声子晶体腔与电调自旋轨道耦合，结合同位素富集材料，实现了长自旋相干、快门控与长程耦合，提供了CMOS兼容的高保真可扩展量子计算路径。
2025-09-03 quant-ph
Extended orbital modeling of spin qubits in double quantum dots
重新讨论了双量子点中双电子自旋的轨道模型。我们开发了一个扩展的Hund Mulliken方法，包括激发轨道，允许一个三重态配置与两个电子居住在一个单一的点。该模型提高了标准Hund Mulliken近似的可靠性和适用性，同时保持了很大程度上的分析性，因此它使我们能够识别我们发现的交换耦合动力学背后的机制。特别是，我们的计算与最近在高点间偏置制度下测量的交换值非常一致，其中双占据三重态配置在能量上是可访问的，表明对偏置波动的敏感性降低，同时保持快速选通所需的大交换。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modeling full adder in Ising spin quantum computer with 1000 qubits using quantum maps
量子加法器是量子计算机的基本属性，就像数字计算机的操作需要经典加法器一样。我们将量子全加器建模为伊辛自旋量子计算机中大量量子比特上的现实复杂算法。我们的研究结果是一个重要的一步，有效的建模量子模加法器，这是需要Shor的和其他量子算法。我们的全加器具有以下特点：（i）具有小失谐的近共振跃迁被完全抑制，这使我们能够将误差降低几个数量级，并模拟1000量子位全加器。(We使用2001次旋转添加1000位数。(ii)我们直接将全加器门构建为射频脉冲序列，而不是将它们分解为广义逻辑门，例如控制非和单量子位门。这大大减少了实现全加器所需的脉冲数。[The增加一位（F门）所需的最大脉冲数为15]。(iii)全加器是在一个同构自旋链中实现的。(iv)相位误差被最小化：F门为叠加的不同状态产生近似相同的相位。(v)全加器的建模使用量子映射而不是微分方程。这使我们能够将计算时间减少到合理的值。
2004-03-10 quant-ph
Open Quantum System Approach to the Modeling of Spin Recombination Reactions
在自旋相关的自由基对反应理论中，自由基对的时间演化，包括化学动力学的影响，由刘维尔形式主义中的主方程描述。对于化学动力学的描述，文献中已经制定了许多可能的反应算子。在这项工作中，我们提出了一个框架，允许一个统一的描述的各种建议的机制和形式的反应算子的自旋选择性重组过程。基于主方程可以从与外部自由度相互作用的自旋系统的微观描述中导出的概念，可以洞察潜在的微观过程，并开发出一种系统的方法来确定具体情况下反应算子的具体形式。
2012-04-20 physics.chem-ph quant-ph
Optical measurement and modeling of interactions between two hole or two electron spins in coupled InAs quantum dots
通过相干隧穿耦合的量子点中的两个电子自旋通常被认为近似服从海森堡各向同性交换。这还没有建立两个洞。在这里，我们测量光谱的两个空穴和两个电子在两个垂直堆叠的自组装InAs量子点使用光谱作为一个功能的电场和磁场。我们发现，这两个系统的交换是近似各向同性的，但显着的不对称贡献，所产生的自旋轨道和塞曼相互作用与空间不对称性相结合，需要解释大anticrossings和精细结构的能量分裂的光谱。非对称贡献的各向同性的哈密顿量的电子是百分之几的顺序，而空穴是一个数量级更大。
2013-02-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum channel for modeling spin-motion dephasing in Rydberg chains
提出一种量子信道，通过含时系数调制约化自旋态，在微扰区高效建模Rydberg原子链中的自旋-运动退相干，显著降低模拟复杂度，为纠缠分布的最大链长设定了界限。
2025-06-30 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Modeling Magnetic Anisotropy of Single Chain Magnets in $|d/J| \geq 1$ Regime
最近已经合成了具有单离子各向异性$\mathbf d$的单分子磁体（SMM），其与自旋之间的交换相互作用J相当。在本文中，我们提供了这样的系统的磁性的理论见解。我们研究自旋链与网站的自旋，s=1，3/2和2和现场各向异性$\mathbf d$可比的自旋之间的交换常数。我们发现，大的$\mathbf d$导致交叉的状态与不同的$M_S$值在同一自旋流形的$\mathbf d = 0$限制。对于非常大的$\mathbf d$，我们还发现高能自旋态的$M_S$态下降到基态自旋流形的$M_S$态之下.在这个极限下，总自旋不再守恒，用常数$D_M$和$E_M$描述分子各向异性是不可能的。然而，低位大$M_S$态的总自旋非常接近整数，并且使用该自旋值，可以构造有效的自旋哈密顿量并计算分子磁各向异性常数$D_M$和$E_M$。我们报道了有限尺寸、各向异性旋转和链二聚化对自旋链有效各向异性的影响。
2017-04-11 cond-mat.str-el quant-ph
Modeling local decoherence of a spin ensemble using a generalized Holstein-Primakoff mapping to a bosonic mode
本文提出广义 Holstein-Primakoff 近似，将原子自旋-光界面中的局域退相干映射为玻色模式动力学，并用 Wigner 扩散或 Fokker-Planck 描述分析量子计量态制备。
2024-03-28 quant-ph
Majorana Representation in Mathematical Modeling of Quantum States
本文利用Majorana方法，对自旋数为S= j的量子系统的态进行了数学建模。得到了一般情况下j>=0.5时定向态的关联函数的表达式。
2022-11-28 quant-ph
Analogical Modeling and Quantum Computing
这篇论文是量子计算和类比建模（一种在不同背景下预测行为类别的通用理论）之间的桥梁。自20世纪80年代初提出以来，类比建模已经成功地应用于语言中的各种问题。量子力学和类比建模之间的几个惊人的相似之处最近被注意到：（1）传统的统计可以从非统计基础上推导出来，假设数据发生是通过自旋向上状态访问的（给定两个等概率的量子态，自旋向上和自旋向下）;（2）预测特定结果的概率由潜在线性度量的平方决定，并且是退相干的结果。（当观察到量子系统时发生）;（3）确定性的自然测量（称为一致性）是基于猜测正确结果的一次机会，并对应于薛定谔波动方程的积分平方。类比建模考虑了n个变量的给定上下文的所有可能组合，这是经典项，导致2**n阶的指数爆炸。本文提出了一种量子计算解决方案，通过应用一个循环的可逆量子算子的所有2**n的可能性，从而减少了时间和空间的类比建模的多项式阶。
2000-08-25 quant-ph
Numerical modeling of the multi-stage Stern$\unicode{x2013}$Gerlach experiment by Frisch and Segrè using co-quantum dynamics via the Schrödinger equation
我们使用一种称为共量子动力学（CQD）的理论来数值模拟由R。Frisch和E.塞格雷该实验由两个Stern $\unicode{x2013}$ Gerlach装置组成，该装置由改变自旋翻转分数的内部旋转室分隔。直到今天，量子力学的处理方法还不能充分预测弗里施$\unicode{x2013}$塞格雷实验。在这里，我们根据CQD解释了电子-核相互作用，并求解了相关的薛定谔方程。我们的模拟结果与Frisch $\unicode{x2013}$ Segrè的实验观察一致，支持CQD作为电子自旋演化和坍缩的一个潜在模型.
2023-03-25 quant-ph
Modeling and Experimental Validation of the Intrinsic SNR in Spin Qubit Gate-Based Readout and Its Impacts on Readout Electronics
本研究针对半导体自旋量子比特的RF栅极读出场景，提出考虑量子力学特性的读出模型与理论分析框架，经实验验证有效，可优化读出链路，实现更快更低功耗的集成低温电子学读出系统。
2023-12-14 quant-ph
Perturbation Theory and Numerical Modeling of Quantum Logic Operations with a Large Number of Qubits
微扰理论是基于固态量子计算中自然出现的小参数而发展起来的。我们报告了大量量子比特（高达1000）的量子逻辑操作的动力学模拟。考虑了一个核自旋链，其中自旋的选择性激发是由具有均匀梯度的外磁场提供的。量子逻辑操作通过施加谐振电磁脉冲来利用。自旋与它们最近的邻居相互作用。我们模拟了自旋链中远程量子比特之间长距离纠缠的产生。我们的方法使我们能够以可控的方式最大限度地减少不必要的非共振效应。我们使用的方法不能模拟复杂的量子逻辑（需要量子计算机来完成），但它可以用于测试简单量子逻辑运算的实验性能。我们证明：（a）不需要的状态的概率分布具有“带”结构，（b）典型的不需要的状态中的自旋方向是高度相关的，以及（c）许多不需要的状态是量子计算机的高能状态（自旋链）。我们的方法可以应用于简单的量子逻辑门和片段的量子算法涉及大量的量子比特。
2001-07-06 quant-ph
Hole burning experiments and modeling in erbium-doped silica glass fibers down to millikelvin temperatures: evidence for ultra-long population storage
本研究通过光谱烧孔实验和建模，在毫开尔文温度下揭示了掺铒光纤中自旋弛豫的多分量动力学，实现了超过9小时的自旋寿命，为量子存储应用提供了潜力。
2025-10-06 quant-ph
Modeling light-matter coupled systems with neural quantum states
University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Institute of Quantum Control (PGI-8), Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心量子控制研究所（PGI-8））
针对短程和长程相互作用共存的冷原子多体系统，提出基于神经量子态的方法，通过设计处理混合希尔伯特空间的神经网络架构，在里德伯原子-光子耦合模型中实现高效计算，并发现与平均场理论在基态相边界上的定量偏差。
2026-06-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Numerical modeling of the multi-stage Stern$\unicode{x2013}$Gerlach experiment by Frisch and Segrè using co-quantum dynamics via the Bloch equation
在新的共量子动力学理论的背景下，我们数值研究了Frisch $\unicode{x2013}$ Segrè实验中的自旋翻转，该实验是第一个多级Stern $\unicode{x2013}$ Gerlach实验。我们通过用Monte Carlo方法对原子进行采样，并根据Bloch方程数值求解电子和核的磁矩动力学，来模拟负责自旋旋转的中间阶段。我们的结果表明，在不使用任何拟合参数的情况下，共量子动力学近似地再现了Frisch和Segrè在1933年报道的实验观察，到目前为止还缺乏理论预测。
2023-03-27 physics.atom-ph quant-ph
