核自旋量子位的读出

单次读取量子点量子比特的锁存读出技术

Single-shot latched readout of a quantum dot qubit using barrier gate pulsing

本文提出了一种利用屏障门脉冲动态控制量子比特与蓄水池隧道速率的方法，用于单次测量量子点量子比特，并减少了相干拉莫尔振荡测量中的量子比特重置时间。

核自旋量子比特间距为100 nm的半导体量子计算机设计

Semiconductor quantum computer design with 100 nm separation of nuclear-spin qubits

我们结合了Privman、Vagner和Kventsel以及Kane在1998年提出的量子计算方案中的元素，以及通过杂质原子的束缚外层电子间接介导的核自旋量子比特相互作用的新思想，杂质原子的核自旋1/2是量子比特。这些电子又通过二维电子气以量子霍尔效应方式相互作用。由此产生的量子计算方案保留了凯恩提议的所有门控和测量方面，但允许量子比特间隔在100 nm量级的距离，这是用当今的异质结器件技术可以实现的。

利用压缩光子实现自旋量子比特的亚微秒高保真心散读取

Sub-microsecond high-fidelity dispersive readout of a spin qubit with squeezed photons

针对电子自旋量子比特快速读取难题，提出用位移压缩真空态光子进行色散读取，在低强度下实现亚微秒级、99%以上保真度的非破坏性测量，助力量子纠错与通用量子计算。

硅中磷原子核自旋量子比特的超精细辅助退相干

Hyperfine-assisted decoherence of a phosphorus nuclear-spin qubit in silicon

硅中磷原子的核自旋已被用作各种量子信息实验中的量子比特。有人提出，这种核自旋量子比特可以有效地控制由一个交流电场，当嵌入在一个两个电子点施主设置受到本征或人工自旋轨道相互作用。将量子位暴露于该设置中的控制电场也将其暴露于电噪声。在这项工作中，我们描述了电噪声机制（例如声子和$1/f$电荷噪声）的影响，并估计了核自旋量子比特相应的退相干时间尺度。我们确定了一个有前途的参数范围内的电单量子比特操作至少快一个数量级，然后退相干。在这种情况下，由于$1/f$电荷噪声，退相干由退相主导。我们的研究结果有利于纳米结构的优化设计，以证明电驱动的核自旋共振。

对半导体量子比特的高保真度单次读出进行基准测试

Benchmarking high fidelity single-shot readout of semiconductor qubits

量子比特初始化和测量保真度的确定对于量子计算机的整体性能是重要的。然而，在半导体量子比特中计算它的方法在实验之间有所不同。在本文中，我们提出了一个完整的理论分析，电子单次读出和描述的关键参数，以实现高保真度读出。特别是，我们推导出一个模型的能量选择性状态读出的基础上的电荷探测器的响应，并研究如何通过选择正确的实验参数来优化保真度。尽管我们关注的是单电子自旋读出，但所提出的理论可以应用于使用储存器的半导体中的其他电子读出技术。

High fidelity state preparation, quantum control, and readout of an isotopically enriched silicon spin qubit

Quantum systems must be prepared, controlled, and measured with high fidelity in order to perform complex quantum algorithms. Control fidelities have greatly improved in silicon spin qubits, but state preparation and readout fidelities have generally been poor. By operating with low electron temperatures and employing high-bandwidth cryogenic amplifiers, we demonstrate single qubit readout visibilities >99%, exceeding the threshold for quantum error correction. In the same device, we achieve average single qubit control fidelities >99.95%. Our results show that silicon spin qubits can be opera…

硅中核自旋量子比特的高保真读出和控制

High-fidelity readout and control of a nuclear spin qubit in silicon

单个核自旋有望成为长寿的量子比特或量子存储器，具有容错量子计算所需的高性能。我们在这里表明，这样的承诺可以通过硅纳米结构中的单个磷（31 P）核自旋来实现。通过将电子自旋的单次读出与片上电子自旋共振相结合，我们证明了核自旋的量子非破坏性电单次读出，读出保真度优于99.8% -这是任何固态量子位的最高值。然后通过施加相干射频（RF）脉冲将单个核自旋作为量子比特操作。对于电离的31 P施主，我们发现核自旋相干时间为60 ms，1-量子位门控保真度超过98%。这些结果表明，现代电子学的主导技术可以适用于托管基于核自旋的量子信息处理的完整电测量和控制平台。

没有任意子的任意子干涉测量：通量量子比特如何读出拓扑量子比特

Anyonic interferometry without anyons: How a flux qubit can read out a topological qubit

通过涡旋的量子干涉来测量超导体中的非阿贝尔任意子的提议受到Abrikosov涡旋正常核的主要经典动力学的影响。我们展示了如何避免这种阻塞使用无核约瑟夫森涡旋，量子动力学已被证明实验。干涉仪是约瑟夫森结电路中的通量量子比特，它可以无损地读出存储在一对任意子中的拓扑量子比特-即使约瑟夫森涡旋本身不是任意子。通量量子比特不耦合到内涡旋激发，从而消除了对超导体中任意子干涉测量的操作温度的主要限制。

通过将自旋量子位操作为控制其核自旋浴的反馈回路来增强自旋量子位的相干性

Enhancing the Coherence of a Spin Qubit by Operating it as a Feedback Loop That Controls its Nuclear Spin Bath

在电子自旋量子比特的许多实现中，退相干的主要来源是主体材料的波动核自旋浴。这种浴的缓慢性使其本身成为一种有希望的缓解策略，其中核自旋浴在具有抑制波动的狭窄状态下制备。在这里，这种方法是实现了一个双电子自旋量子位在GaAs双量子点和近十倍的非均匀退相时间$T_2^*$的增加被证明。在随后的测量之间，通过使用量子位作为反馈回路来准备浴，该反馈回路首先通过相干进动测量其核环境，然后根据最终状态将其极化。这个过程导致两个点之间的非零偏振梯度处的稳定固定点，这使得快速通用量子比特控制成为可能。

硅中施主核自旋量子比特的快速抗噪声控制

Fast noise-resistant control of donor nuclear spin qubits in silicon

高度的可控性和长的相干时间使得同位素纯化硅中的磷施主的核自旋成为量子比特的有希望的候选者。然而，长距离的双量子位耦合和快速，鲁棒的门仍然是这些系统的突出挑战。在这里，根据最近提出的通过偶极-偶极相互作用进行长距离耦合的建议，我们提出了一种简单的方法，在没有电荷噪声的情况下实现快速，高保真的任意单量子位和双量子位门。此外，我们还提供了一种方法，使单量子位门对中等水平的电荷噪声具有鲁棒性，并且完全在$10^{-3}$的误差范围内。

调谐电子量子比特与核磁振子的相干相互作用

Tuning the coherent interaction of an electron qubit and a nuclear magnon

本文在GaAs量子点中通过算法反馈精确控制核极化，利用电子g因子各向异性原位调谐电子-核交换相互作用，从而直接调节核磁振子激活速率和电子量子比特相干时间，实现了多体区域相干相互作用的可编程调谐。

量子位读出装置的软译码

Soft Decoding of a Qubit Readout Apparatus

量子位读出通常通过对模拟检测器信号的集合进行阈值化以获得单次激发位值的序列来执行。从模拟信号到数字信号的映射的固有不可逆性丢弃了与\emph{a posteriori}置信度相关联的软信息，当检测器被很好地表征时，该软信息可以被分配给每个比特值。考虑到软信息，我们在增强的状态检测与量子重复码以及量子态或参数估计的显着改善。尽管现实读出模型的非高斯特征、实验相关的少量量子位和有限的编码误差，这些优点仍然存在。这些结果显示了有用的和可实现的优势，目前广泛的实验量子态断层扫描，参数估计，和量子位读出。

自旋量子比特的测量效率和n次读出

Measurement efficiency and n-shot read out of spin qubits

我们考虑量子点中的电子自旋量子位，并定义测量效率e以表征通过n次读取的可靠测量。我们提出了各种实施方案的基础上的双点和量子点接触（QPC），并表明，相关的效率e变化之间的50%和100%，允许单发读出在后一种情况下。我们模拟读出微观和推导出其时间动力学的广义主方程，计算QPC电流，并表明它允许在现实条件下读出自旋。

基于单激发量子比特读出关联的噪声谱

Noise Spectroscopy Using Correlations of Single-Shot Qubit Readout

更好地理解噪声引起的量子比特退相干对于提高量子比特性能至关重要。影响量子位的噪声谱可以通过在脉冲序列的应用下测量移相来提取，但是需要精确的量子位控制和足够长的弛豫时间，这并不总是可用的。在这里，我们描述了一种替代方法来提取连续的自由感应衰变的单次测量结果的相关性的频谱。这种方法只需要量子位初始化和读出具有适度的保真度，并且还允许对整体灵敏度和其敏感的频率区域进行独立调谐。因此，可以在非常宽的频率范围上保持良好的检测对比度。我们讨论了用我们的方法测量GaAs自旋量子比特核浴的$1/f$噪声和涨落谱。

单量子点空穴量子比特的相干控制和抑制核反馈

Coherent control and suppressed nuclear feedback of a single quantum dot hole qubit

利用量子信息的未来通信和计算技术需要鲁棒且隔离良好的量子比特。III-V族半导体量子点中的电子自旋虽然是有希望的候选者，但它们的动力学受到核自旋浴的不期望的滞后和散肩效应的限制。用空穴取代电子应该会抑制超精细相互作用，从而消除强核效应。使用皮秒光脉冲，我们演示了一个单一的孔量子比特的相干控制，并检查自由感应和自旋回波衰减。在从电子到空穴的移动中，我们观察到显着减少的超精细相互作用，这一点可以通过重新出现无核动力学来证明，同时获得类似的相干时间，受到非核机制的限制。这些结果证明了光控量子点空穴量子比特的潜力。

Majorana量子比特的输运特征和读出诱导的退相

Transport Signatures of a Majorana Qubit and Read-out-induced Dephasing

受最近提出的Majorana量子比特及其量子态读出的启发，我们研究了由超导桥分流的两条平行拓扑线形成的量子比特设置。导线进一步耦合到两个量子点，这两个量子点也直接连接，从而产生干涉回路。通过该系统的传输电流示出了在QND测量中区分量子位的两个基态的干涉图案。我们分析了各种属性的干扰电流和读出过程中，包括所产生的失相和弛豫。我们还分析了不同的控制参数，如栅极电压对电流的影响。特征依赖性可以作为Majorana束缚态的签名。

通过Andreev自旋实现量子点自旋量子比特的快速读出

Fast readout of quantum dot spin qubits via Andreev spins

本文提出利用量子点与Andreev自旋量子比特间的电可调耦合，实现微秒以下的高保真快速读出，且可关闭耦合以减少串扰，兼容锗器件，助力可扩展量子计算。

利用混合宇称与直接读出的Z基测量

Z-basis measurements using mixed parity and direct readout

本文提出利用混合宇称和直接读出，在不使用辅助读出量子比特的情况下对三量子比特自旋寄存器进行Z基测量与量子态层析，并通过仿真和GHZ态实验验证了该方法的有效性。

电子-核混合自旋量子比特的量子浴退相干

Quantum-Bath Decoherence of Hybrid Electron-Nuclear Spin Qubits

实现可扩展固态量子计算面临的一个主要问题是克服退相干--当量子比特与其环境相互作用时，编码在量子比特中的相位信息丢失的过程。由于大量的环境自由度，准确计算退相干时间$T_2$是具有挑战性的，特别是当量子位和环境高度相关时。杂化或混合的电子-核自旋量子比特，例如硅中的施主，具有“最佳工作点”（OWP），其是用于降低磁场中的退相干的最佳点。以前对OWP附近$T_2$急剧变化的分析是基于对经典噪声的不敏感性，即使混合量子位位于高度相关的量子环境中，例如$^{29}$ Si杂质的核自旋浴。这使得对退相干机制的理解有限，并且对$T_2$给出了不可靠的预测。我提出了量子多体计算的量子位浴动力学，其中（一）产量$T_2$的混合量子位在多个制度的实验非常一致，（二）阐明核自旋浴的多体性质和（三）暴露量子浴和经典场退相干之间的显着差异。为了实现这些，集群的相关性扩展进行了调整，包括电子-核状态混合。此外，对铋施主作为混合量子比特的核自旋池进行了实验分析，推导出了$T_2$的简单解析公式，预测结果与实验一致，并将建立的动力学解耦方法与近OWP操作相结合，以最大化$T_2$。最后，研究了$^{29}$ Si自旋在接近混合量子比特处的退相干，以确定其用作量子寄存器的可行性。

固态自旋量子比特中核自旋扩散退相干的唯象研究

Phenomenological Study of Decoherence in Solid-State Spin Qubits due to Nuclear Spin Diffusion

我们提出了一个研究的前景，在固态自旋量子比特的相干性保持使用动态解耦协议。最近的实验提供了在这个量子比特系统中的多脉冲动态解耦序列的第一个演示，但由于缺乏相关噪声过程的具体知识，对潜在相干性改善的定量分析受到阻碍。基于实验验证的半经典模型，我们模拟了任意动态解耦脉冲序列下的量子比特相干性。这种现象学方法将潜在噪声过程的细节捆绑到一个实验相关的噪声功率谱密度中。我们的研究结果表明，在一个两电子单重态-三重态自旋量子比特的实验测量的主要特征可以复制使用$1/ω^{2}$噪声功率谱与核自旋翻转的主机材料。从这个验证开始，我们解决了核编程，高频核自旋动力学和其他高频经典噪声源的影响，与物理参数和微观计算支持的aptures在相关的。我们的研究结果提供了预期的性能界限，并确定诊断指标，可以通过实验测量，以更好地阐明潜在的核自旋动力学。

核自旋极化对NV中心量子比特自旋回波信号的影响

Influence of nuclear spin polarization on spin echo signal of NV center qubit

我们考虑了由动态极化核环境引起的基于$S\!= \! 1$基态自旋流形的氮空位中心量子比特的自旋回波动力学。我们表明，回波信号收购，然后一个nontrivially时间相关的相移。对于在距离量子位的$\sim \! 1$ nm内的核的极化$\approx \! 0.5$，以及对于在$m\! = \! 0$和$m\! =\! 1$或$m\! =\! -1$状态的叠加中初始化的NV中心，应该可以观察到这种效应。当NV中心以$m\! = \! 1$和$m\! =\! -1$状态的叠加制备时，即当量子位以类似于自旋- $1/2$的方式耦合到自旋环境时，该相移小得多。对于没有强耦合到量子位的自旋的核环境，在高斯近似中很好地描述了相移，这为移位幅度对量子位所基于的状态的选择的依赖性提供了解释，并且清楚地表明它的存在与由演化量子位扰动的环境的线性响应有关。因此，它的观察表明存在环境介导的量子位的自相互作用，因此，它使核环境作为驱动量子位的外部噪声源的概念无效。我们还展示了如何仔细比较基于$m\! = \! 0,1$和$m\! =\! \pm 1$流形的量子比特的回波信号，可以有效地区分高斯和非高斯环境。

静态量子位寄存器的选择性写入和读出

Selective writing and read-out of a register of static qubits

我们提出了一种设置，包括一个任意大的阵列的静态量子位（SQs），与飞行量子位（FQ）相互作用。SQs作为量子寄存器工作，其可以通过量子态转移（QST）借助于FQ被写入或读出。整个系统，包括FQ的运动自由度，表现为量子力学。我们展示了一种策略，允许选择QST之间的FQ和一个单一的SQ从寄存器中选择。这通过位于SQ之外的完美反射镜和SQ间距离的适当调制来实现。

环境条件下金刚石中多核自旋量子比特的单次读出

Single-shot readout of multiple nuclear spin qubits in diamond under ambient conditions

我们利用金刚石中单个氮空位缺陷的电子自旋，在环境条件下实时观测了相邻单个核自旋的演化。使用天然丰度的$^{13}$ C同位素的金刚石样品，我们首先展示了高保真度初始化和单个$^{13}$ C核自旋的单次读取。通过在量子寄存器中包括NV缺陷的固有$^{14}$ N核自旋，然后我们报告了与两个核自旋物种相关的量子跳跃的同时观察，提供了两个量子位的有效初始化。这些结果为基于金刚石的量子信息处理开辟了新的途径，包括量子纠错协议中的主动反馈和室温下与固态单自旋的量子关联测试。

磁通驱动约瑟夫森参量放大器单次读出超导磁通量子比特

Single-shot readout of a superconducting flux qubit with a flux-driven Josephson parametric amplifier

本文报道了利用磁通驱动约瑟夫森参量放大器（JPA）实现超导磁通量子比特的单次读出。在优化读出功率、JPA增益和数据采集时间后，我们观察到了对比度为74%的拉比振荡，这主要受到JPA带宽和量子比特能量弛豫的限制。在连续监测下观察到的量子比特本征态之间的量子跳跃表明读出方案的非破坏性。

量子寄存器反铁磁核自旋模型中的量子比特态退相干

The qubit states decoherence in antiferromagnet-based nuclear spin model of quantum register

本文进一步发展了可伸缩量子寄存器的核自旋模型，提出了核自旋为1/2的磁性原子的一维链，取代了核自旋为零的易轴三维反铁磁体中的基本原子。计算了反铁磁基态中核自旋量子比特与虚自旋波相互作用引起的单量子比特态和两个被移除量子比特纠缠态的退相干率以及纵向弛豫率。它也被认为是一个量子比特的绝热退相干，是由核自旋的量子寄存器与核自旋的随机分布的同位素，取代反铁磁体的基本核自旋的相互作用引起的。我们考虑了最终编码的DFS（Decoherence-Free Subspaces）逻辑量子比特构造在四个物理量子比特的簇上，由具有零总角动量的两个状态给出。

用量子点实现拓扑量子比特的全电读出和初始化

All-electrically reading out and initializing topological qubits with quantum dots

我们分析了在一维半导体纳米线中，弱耦合到单能级量子点（QD）的拓扑量子比特的读取和初始化。结果表明，当通过调节门电压使Majorana费米子熔合时，可以通过量子点在一个能量窗口内的占据直接读出拓扑量子比特。量子比特的初始化也可以通过调节量子点上的栅极电压来实现，其中总费米子宇称守恒。因此，读取和初始化过程都可以以全电气方式实现。

Improved superconducting qubit state readout by path interference

High fidelity single shot qubit state readout is essential for many quantum information processing protocols. In superconducting quantum circuit, the qubit state is usually determined by detecting the dispersive frequency shift of a microwave cavity from either transmission or reflection. In this paper, we demonstrate the use of constructive interference between the transmitted and reflected signal to optimize the qubit state readout, with which we find a better resolved state discrimination and an improved qubit readout fidelity. As a simple and convenient approach, our scheme can be combined…

基于联合色散读出的双量子比特态层析成像

Two-Qubit State Tomography using a Joint Dispersive Read-Out

量子态层析成像是量子信息科学中全面表征多量子比特态及其相关性的重要工具。在这里，我们报告了一种方法来执行联合同时读出的两个超导量子比特色散耦合到微波传输线谐振器的相同模式。谐振器传输对量子比特状态相关腔频率的非线性依赖性允许我们提取完整的两量子比特相关性，而不需要Single Shot读出各个量子比特。我们采用标准的层析技术来重建双量子比特量子态的密度矩阵。

任意纵向量子比特远态制备和量子比特远态测量的核磁共振实现

Nuclear Magnetic Resonance Implemenations of Remote State Preparation of Arbitary Longitudinal Qubit and Remote State Measurement of a Qubit

从布洛赫球上的赤道或极地大圆中选择的量子位可以远程制备，其中Einstain-Podolsky-Rosen（EPR）状态共享和cbit通信。我们将这个协议推广到布洛赫球上的任意纵向量子比特，其中方位角φ可以是任意值，而不仅仅是零。实验实现了使用液态核磁共振（NMR）技术的广义方案。此外，我们已经实验证明远程状态测量（RSM）上的任意量子比特提出的帕蒂。

可扩展的同时多量子位读出，单次保真度达99.99%

Scalable simultaneous multi-qubit readout with 99.99% single-shot fidelity

我们描述了单次读出的捕获离子多量子位寄存器使用空间和时间分辨相机检测。对于单个量子位，我们在400 us曝光时间内测量到0.9（3）x10 ^{-4}读出误差，受量子位衰变寿命的限制。对于四量子位寄存器（"量子字节"），我们测量到每个量子位的额外误差仅为0.1（1）x10 ^{-4}，尽管相邻量子位之间存在4%的光学串扰。对串扰的研究表明，该方法可以在密度<1量子比特/μ m^2的情况下扩展到约10000个量子比特，读出时间约为1 μ s/量子比特，保真度损失可以忽略不计。

自旋量子比特低温高频读出与控制平台

Cryogenic High-Frequency Readout and Control Platform for Spin Qubits

我们已经开发了一个用于自旋量子比特控制和读出的低温平台，该平台包括基于一组耦合印刷电路板的高密度直流和射频样品互连。模块化设置包括24条滤波直流线路、14条控制和读出线路，带宽从直流到6 GHz以上，以及2条微波连接，用于40 GHz的激励。我们报告了该平台的性能，包括信号完整性和串扰测量，并讨论了构建多量子位器件所需的样本互连技术的设计标准。

Nuclear spin-wave quantum register for a solid state qubit

Solid-state nuclear spins surrounding individual, optically addressable qubits provide a crucial resource for quantum networks, computation and simulation. While hosts with sparse nuclear spin baths are typically chosen to mitigate qubit decoherence, developing coherent quantum systems in nuclear spin-rich hosts enables exploration of a much broader range of materials for quantum information applications. The collective modes of these dense nuclear spin ensembles provide a natural basis for quantum storage, however, utilizing them as a resource for single spin qubits has thus far remained elus…

自旋量子比特基于栅极的读出中本征SNR的建模、实验验证及其对读出电子学的影响

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。

硅光子学中核自旋量子位寄存器的纠缠

Entanglement of a nuclear spin qubit register in silicon photonics

硅光子学中T中心实现多量子位寄存器，通过核自旋纠缠提升量子通信能力。

硅中测量反作用对核自旋量子比特的影响

Impact of measurement backaction on nuclear spin qubits in silicon

本文基于主方程方法研究了电子介导的测量反作用对硅中磷施主核自旋量子比特寿命的影响，发现多施主量子比特特有的核自旋翻转机制可通过超精细斯塔克位移有效抑制，从而实现比单施主更长的核自旋寿命。

三比特相互作用加速量子态转移：核磁共振实现

Speedup of quantum state transfer by three- qubit interactions: Implementation by nuclear magnetic resonance

通用量子信息处理需要单量子比特旋转和两量子比特相互作用作为最小资源。超越这种最小方案的一个可能步骤是使用三量子比特相互作用。我们考虑这样的三个量子位的相互作用，并显示他们如何可以减少所需的时间在XY自旋链的量子态转移。对于实验实现，我们使用液态核磁共振（NMR），其中三个量子比特的相互作用可以通过射频脉冲序列来实现。

NV中心自旋量子比特与核环境相互作用的条件环境态的负性与保真度

Qubit-environment Negativity versus Fidelity of conditional environmental states for an NV-center spin qubit interacting with a nuclear environment

我们研究了NV中心自旋量子比特与金刚石晶格中$^{13}$ C同位素部分极化核自旋环境相互作用的量子比特-环境纠缠的演化。我们将其与量子比特指针状态条件下环境状态保真度的演化进行比较，这可以作为区分纯退相场景中纠缠和非纠缠退相干的工具。这两个量在大范围的系统参数的演化过程中显示出显着的一致性，从而得出这样的结论，即量子比特和环境之间产生的纠缠量与联合演化在环境中留下的痕迹成正比。

核自旋浴中的着装量子比特

Dressed Qubits in Nuclear Spin Baths

我们提出了一种通过修饰变换将一个\textit{dressed}量子比特编码成一个位于量子点中的电子自旋及其周围核自旋的乘积态的方法。在这个方案中，超精细耦合和一部分核偶极相互作用成为逻辑门，而它们是电子自旋量子比特方案中退相干的来源。我们讨论的错误和修正的穿着量子比特。有趣的是，核自旋的有效哈密顿量等价于配对哈密顿量，这提供了保护修饰量子比特不受退相干影响的微观机制。

相位量子比特参数微调优化快速单脉冲读出

Fine tuning of phase qubit parameters for optimization of fast single-pulse readout

通过数值求解含时薛定谔方程，分析了一个描述相位量子比特的二能级量子系统在单脉冲读出过程中的行为。它已被证明，读出误差有一个系统的基本参数的某些值的最小值。特别地，量子位电容和读出脉冲形状的优化导致读出误差的显著减少。结果表明，在理想情况下，保真度可以增加到近97%，为2纳秒的脉冲持续时间和96%，为1纳秒的脉冲持续时间。

量子比特的最佳快速单脉冲读出

Optimal fast single pulse readout of qubits

在一维薛定谔方程的框架下，对磁通偏置相位量子比特的单脉冲读出过程进行了计算机模拟。结果表明，通过选择最佳的脉冲宽度和势阱深度，可以使读出误差最小化，从而使2ns和12ns正弦脉冲的保真度分别达到0.94和0.965。

超导量子比特的捕获-色散-释放读出

Catch-Disperse-Release Readout for Superconducting Qubits

我们分析了一个单次读出超导量子比特通过控制捕获，分散和释放的微波场。可调谐耦合器用于在色散量子位-谐振器相互作用期间将微波谐振器与传输线解耦，从而避免来自Purcell效应的阻尼。我们表明，如果量子比特的频率调谐是足够绝热的，一个快速的高保真量子比特读出是可能的，即使在强非线性色散制度。有趣的是，Jaynes-Cummings非线性导致了标准量子极限以下的谐振腔场的正交压缩，导致测量误差的显着降低。

基于声子耦合的锗空穴自旋量子比特双量子比特模块：设计、制造与1-4K读出

Two-Qubit Module Based on Phonon-Coupled Ge Hole-Spin Qubits: Design, Fabrication, and Readout at 1-4 K

该研究设计并制造了一个基于声子耦合的锗空穴自旋量子比特双量子比特模块，实现了低温下的量子比特耦合与读出。

利用超导量子比特的联合读出测量纠缠度

Entanglement Metrology Using a Joint Readout of Superconducting Qubits

多量子比特纠缠态的精确检测是量子计算实验发展的关键。传统上，纠缠量子比特之间的非经典相关性是通过计算单个量子比特的单次读出之间的重合来测量的。我们报告纠缠计量使用一个单一的检测通道，直接访问两个超导量子比特之间的整体平均相关性。在验证和校准这个联合读出之后，我们展示了按需产生的可分离和高度纠缠的两个量子比特状态的全量子断层扫描。使用完整断层扫描所需的测量的子集，我们执行纠缠计量的~95%的准确度和~98%的精度，尽管~10%的单次测量的保真度。对于高纠缠态，测量的Clauser-Horne-Shimony-Holt算符的最大值达到2.61+/-0.04，纠缠见证者给出了约88%的并发下限。在目前的形式下，这种探测器将能够解决未来两个量子比特纠缠产生的改进，并立即扩展到3或4个量子比特。

A network-ready random-access qubits memory

Photonic qubits memories are essential ingredients of numerous quantum networking protocols. The ideal situation features quantum computing nodes that are efficiently connected to quantum communication channels via quantum interfaces. The nodes contain a set of long-lived matter qubits, the channels support the propagation of light qubits, and the interface couples light and matter qubits. Towards this vision, we here demonstrate a random-access multi-qubit write-read memory for photons using two rubidium atoms coupled to the same mode of an optical cavity, a setup which is known to feature qu…

自组装量子点中电子-核自旋相互作用对电子-自旋量子比特局域化的影响

Effect of electron-nuclear spin interactions on electron-spin qubits localized in self-assembled quantum dots

研究了自组装量子点中电子自旋所代表的量子比特中，电子与核自旋相互作用对量子比特操作的影响。局域电子波函数内的原子紧束缚模型进行评估。由核自旋产生的磁场估计在一个不均匀的环境中的存在下，其特征在于由随机的核自旋配置，由点大小分布，由合金无序，和由界面无序。由于这些不均匀性，核磁场的大小从一个量子比特到另一个量子比特分别变化100 G、100 G、10 G和0.1 G的数量级。磁场的波动会导致交换操作中的错误，这是由于两个量子比特之间的塞曼分裂的不平等。我们表明，错误可以低于量子误差阈值，如果交换能量大于0.1毫电子伏用于操作。

基于量子驱动无核自旋消相干量子比特的可扩展量子计算

Scalable quantum computation based on quantum actuated nuclear-spin decoherence-free qubits

提出了一种基于量子驱动无退相干（DF）量子比特的可扩展量子计算体系结构。每个量子比特由核自旋对的DF子空间编码，并且具有长相干时间。选择金刚石中的氮空位中心作为量子驱动器，实现了量子比特的初始化、读出和通用控制，量子比特的有序度高于99%。它减少了经典接口的挑战，从控制和观察复杂的量子系统到简单的量子执行器。我们的方案也提供了一种新的方法来处理复杂的量子系统。

捕获离子量子比特的高保真读出

High-fidelity readout of trapped-ion qubits

我们证明了单次量子比特读出的保真度足以容错量子计算，两种类型的量子比特存储在单个捕获的钙离子。对于存储在40 Ca+的（4S_1/2，3D_5/2）能级上的光学量子比特，使用时间分辨光子计数，我们在一百万次试验中获得了99.991（1）%的平均读出保真度。自适应测量技术允许在145 us的平均检测时间内达到99.99%的保真度。对于43 Ca+长寿命4S_1/2（F=3，F=4）子能级中的超精细量子比特，我们提出并实现了一种简单而稳健的光抽运方案，将超精细量子比特转换为光学量子比特，在10 μ s内理论保真度达到99.95%。实验上，我们实现了99.77（3）%的净读出保真度，推断传输操作的保真度至少为99.87（4）%。

通过非微扰交叉克尔耦合实现快速高保真量子非破坏量子比特读出

Fast high fidelity quantum non-demolition qubit readout via a non-perturbative cross-Kerr coupling

量子比特读出是任何量子信息处理器不可缺少的组成部分。在这项工作中，我们通过实验证明了transmon和极化子模式之间的非微扰交叉克尔耦合，这使得能够改进超导量子位的量子非破坏（QND）读出。新机制在色散近似下使用与标准QND量子比特读出相同的实验技术，但由于其非微扰性质，它最大限度地提高了读出的速度，单次保真度和QND特性。此外，它还可以最大限度地减少不需要的衰减通道的影响，例如Purcell效应。我们观察到的单次发射读出保真度为97.4%的短50纳秒脉冲，我们量化的QND-ness为99%的长测量脉冲与重复的单次发射读出。

量子退相干的核磁共振实验研究

Experimental study of quantum decoherence using nuclear magnetic resonance

利用核磁共振（NMR）研究了量子退相干。通过选择一个量子比特来模拟环境，我们研究了两个量子系统：一个单量子比特系统和一个双量子比特系统的退相干行为。实验结果与理论预测一致。我们的实验方案可以推广到多个量子比特组成的环境中。

利用变强度弱测量读取单量子比特系统

Reading a Single Qubit System Using Weak Measurement with Variable Strength

在任何计算过程中，获取关于两个态叠加的未知量子比特的信息都是必不可少的。量子测量，或称精确测量，通常用于读取未知量子比特系统的信息内容。量子测量是一种不可逆的操作，它使叠加态以概率的方式坍缩到两种可能态之一。在本文中，将提出一种量子算法来读取未知量子比特中的信息，而无需对该量子比特进行精确测量。所提出的算法将使用量子反馈控制方案，通过迭代地对与未知量子比特弱纠缠的辅助量子比特施加尖锐测量。未知量子位的信息内容可以通过对辅助量子位上的尖锐测量的结果进行计数来读取。对辅助量子位的迭代测量将使叠加的振幅以随机游走的方式移动，其中弱测量被应用于未知量子位，当随机游走采取相反的步骤以减少引入系统的干扰时，弱测量可以被逆转。所提出的算法将定义弱测量的强度，以便可以通过向系统添加任意数量的虚拟量子位$μ$来控制弱测量。这将使测量过程减慢到任意尺度，使得在辅助量子位上的$O(μ^2)$测量之后达到对未知量子位的急剧测量的效果。

Single-shot readout of a driven hybrid qubit in a GaAs double quantum dot

We report a single-shot-based projective readout of a semiconductor hybrid qubit formed by three electrons in a GaAs double quantum dot. Voltage-controlled adiabatic transitions between the qubit operations and readout conditions allow high-fidelity mapping of quantum states. We show that a large ratio both in relaxation time vs. tunneling time (~ 50) and singlet-triplet splitting vs. thermal energy (~ 20) allow energy-selective tunneling-based spin-to-charge conversion with readout visibility ~ 92.6%. Combined with ac driving, we demonstrate high visibility coherent Rabi and Ramsey oscillatio…

相干时间超过秒级的单个固态核自旋量子比特

Individual solid-state nuclear spin qubits with coherence exceeding seconds

本文提出CaWO₄晶体中Er³⁺杂质附近¹⁸³W核自旋量子比特的新平台，实现长相干时间、单次量子非破坏读取及全微波门操作，制备高保真贝尔态，为可扩展长寿命量子处理器提供可能。

用于超导量子比特读取的Pound-Drever-Hall方法

The Pound-Drever-Hall Method for Superconducting-Qubit Readout

提出基于多音自相位参考Pound-Drever-Hall技术的超稳定超导量子比特读取方法，通过室温外差检测实现单次读取，对微波相位漂移不敏感，相位稳定性达0.73度/2小时，且边带不会引起测量诱导态跃迁，信号增强至少14 dB。

实现超导量子比特的快速、高保真、单次色散读出

Realizing Rapid, High-Fidelity, Single-Shot Dispersive Readout of Superconducting Qubits

当在具有有限相干时间的物理量子比特上执行时，量子门和测量的速度是量子协议的总体保真度的决定性因素。因此，减少以高保真度区分量子比特状态所需的时间是量子信息科学中的关键目标。超导量子比特的最新读出是基于与读出谐振器的色散相互作用。在这里，我们将这种技术带到了目前的极限，并展示了系统参数的精心设计如何在不影响量子比特相干性的情况下实现快速和高保真度的测量。我们实现这一结果，通过增加色散相互作用强度，通过选择一个最佳的读出谐振腔的线宽，通过采用Purcell滤波器，并通过利用相敏参量放大。在我们的实验中，当最小化读出时间时，我们在仅48 ns内测量到98.25%的读出保真度，当最大化保真度时，在88 ns内测量到99.2%的读出保真度，主要受到7.6 us的量子位寿命的限制。所提出的方案也有望适合集成到一个多路复用读出架构。