Global control and fast solid-state donor electron spin quantum computing
我们提出了一个基于半导体中施主电子自旋的量子信息处理方案，该方案的架构与最初的凯恩方案互补。我们表明，一个天真的实现电子自旋量子比特只提供了适度的改进凯恩计划，但通过引入全局门控制，我们能够充分利用快速电子演化的时间尺度。我们估计，在$T_{2}/T_{ops}$接近$10^{6}$水平的情况下，潜在时钟速度是核自旋量子计算机的100-1000倍。
2004-11-15 cond-mat.other quant-ph
Addressable electron spin resonance using donors and donor molecules in silicon
硅中的磷施主杂质由于其异常长的相干时间和高的结晶度而成为固态量子计算的有希望的候选者。然而，具有约15 nm间隔的交换耦合供体量子位的个体可寻址性是具有挑战性的。在这里，我们表明，通过使用原子精度光刻，我们可以将单个P供体放置在相距16（+/-1）nm的2 P分子旁边，并使用它们独特的超精细耦合强度来寻址具有截然不同共振频率的量子位。特别是，单个供体产生两个相隔97（+/-2.5）MHz的超精细峰，而供体分子则表现出相隔262（+/-10）MHz的三个峰。原子紧束缚模拟证实了2 P分子中的大的超精细相互作用强度，其中供体间间隔为~0.7nm，与器件制造期间2 P位点的光刻STM图像一致。我们讨论了在硅中使用施主分子的电子自旋量子位的内置寻址能力的可行性。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Valley-enhanced fast relaxation of gate-controlled donor qubits in silicon
界面附近施主电子的栅极控制是基于施主的量子计算的一般成分。在这里，我们解决的问题：如何声子辅助量子位弛豫时间$T_1$的电子之间的施主和界面穿梭的影响？我们专注于“触发器量子位”的例子[Tosi等人，arXiv：1509.08538v1]，定义为硅中磷供体的核态和电子态的组合，当电子在供体和界面之间的中途时，有望实现快速的电控制和长的退相时间。我们从理论上描述了轨道弛豫，触发器弛豫和电子自旋弛豫。我们估计触发器量子位弛豫时间可以是$100 \, μ\text{s}$的量级，比体硅中的施主电子的值短8个数量级，并且比预测的非均匀退相时间（门时间）短（长）几个数量级。所有这三个弛豫过程都受到（i）电子-声子相互作用的非平凡谷结构和（ii）所涉及的电子态的不同谷组成的推动。
2016-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Magnetic Resonance Force Microscopy Quantum Computer with Tellurium Donors in Silicon
提出了一种基于磁共振力显微镜（MRFM）的碲杂质硅核自旋量子计算机。这种量子计算的方法将成熟的硅技术与MRFM的预期进展相结合。
2000-03-18 quant-ph
A photonic platform for donor spin qubits in silicon
对于即将到来的固态量子技术来说，硅-28中的施主杂质自旋是极具竞争力的量子比特，但对于多量子比特设备来说，一个经过验证的可扩展策略仍然明显缺乏。这些CMOS兼容的、原子上相同的量子位提供了显著的优势，包括3小时相干性（$T_2$）寿命，以及在$\sim\!99.9\%$附近的同时量子位初始化、操纵和读出能力。这些性质满足了许多现代量子纠错协议的要求，这些协议对于构建大规模通用量子技术至关重要。然而，一种可靠地耦合空间分离的量子位的方法，其关键是不牺牲量子位质量并且对制造缺陷具有鲁棒性，尚未被确定。在这里，我们提出了这样一个平台的施主量子位在硅中，通过利用光学可访问的“深”硫族施主。我们发现，这些捐助者发出高度均匀的光，可以光学初始化，并提供长寿命的自旋量子位基态，而不需要毫开尔文温度。这些组合性质使得硫族元素供体独特地适合于并入硅光子架构中以用于单激发单量子位读出以及用于多量子位耦合。这为硅基量子计算、自旋到光子转换、光子存储器、硅集成触发单光子源和全光硅开关打开了清晰的道路。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Large Stark tuning of donor electron spin quantum bits in germanium
半导体中的施主电子自旋可以产生特殊的量子比特，因为它们的相干时间很长，而且与工业制造技术兼容。尽管基于施主的量子比特技术取得了许多进展，但选择性地操纵单个施主电子自旋仍然很困难。在这里，我们表明，通过用锗取代流行的半导体基质材料（硅），施主电子自旋量子比特可以通过超过系综线宽进行电调谐，使它们与门可寻址量子计算架构兼容。利用X波段脉冲电子自旋共振技术，测量了锗中施主电子自旋的斯塔克效应。我们解决了自旋轨道和超精细斯塔克位移，并发现在0.4 T，自旋轨道斯塔克位移占主导地位。自旋轨道斯塔克位移是高度各向异性的，取决于相对于晶轴的电场取向和外部磁场。当斯塔克位移最大化时，自旋轨道斯塔克参数比硅大四个数量级。在选择的取向超精细斯塔克效应也得到解决，是一个数量级大于硅。我们报告的斯塔克参数为$^{75}$作为和$^{31}$ P施主电子，并比较它们与现有的理论。我们的数据表明，锗中的$^{31}$ P施主可以被调谐至少四倍的系综线宽，使锗成为一种有吸引力的新的自旋量子位的主体材料，提供了比硅更大的优势。
2016-06-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strategies for triple-donor devices fabricated by ion implantation
三施主器件具有通过CTAP（相干隧穿绝热通道）协议表现绝热隧穿的潜力，CTAP协议是可扩展量子计算的候选传输机制。我们研究理论上的统计掺杂剂的位置，采用计数离子注入的分析处理CTAP运输性能下氢的假设。我们确定了不同的注入能量的概念设备的证明的理论设备产量。特别是，我们确定了一个显着的理论器件产率（~80%）为14 keV的磷在硅与标称20 nm的间距。
2008-06-17 quant-ph
Exchange in silicon-based quantum computer architecture
硅基量子计算机的提议是过去三年来人们强烈追求的想法之一。在这里，我们计算了硅和锗中的施主电子交换，并证明了Si（和Ge）中量子计算的原子尺度挑战，因为Si（Ge）中的六（4）个导带最小值导致谷间电子干扰，在双施主双电子态的交换分裂中产生强烈的振荡。因此，在单元格内以原子尺度精度定位供体成为决定交换耦合强度的决定性因素-这是硅基量子计算机中双量子位操作的基本成分。
2002-02-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling and coherent electrical control of two dopants in a silicon nanowire
在固态系统中对单个原子或分子进行电控制，为将量子力学功能引入电子学提供了一种很有前途的方法。这个想法最近进入了硅技术的既定领域，导致了单原子晶体管的实现，并首次测量了单施主中的电子自旋动力学。在这里，我们表明，我们可以电耦合两个施主嵌入在一个多栅硅晶体管，并通过微波信号诱导其电荷态的相干振荡。我们测量了两个施主之间的单电子隧穿，这揭示了它们的能谱。最低的能量状态，对应于位于两个施主中的任一个上的单个电子，形成与所有其他电子能级分离的两能级系统（TLS）。这种TLS的千兆赫兹驱动导致与多达10个微波光子的吸收或受激发射相关的量子干涉图案。我们估计电荷退相时间为0.3纳秒，与其他类型的电荷量子比特一致。然而，这里，相对短的相干时间可以通过快速操作信号（原则上高达1太赫兹）来抵消，如分离施主原子中的基态和激发态的大的空能量窗口所允许的。所展示的两个施主的相干耦合构成了硅中基于施主的量子计算器件的重要一步。
2012-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Navigating the 16-dimensional Hilbert space of a high-spin donor qudit with electric and magnetic fields
本文提出基于硅中单个锑供体的原子平台，构建16维希尔伯特空间，利用电场和磁场实现高保真度控制，核自旋门保真度超99.8%，为实用量子信息处理奠定基础。
2023-06-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
High precision quantum control of single donor spins in silicon
利用紧束缚和能带极小基方法研究了Si中P施主远低于电离区的超精细耦合常数的Stark位移，并与最近的精密测量结果进行了比较. TB电子结构计算包括超过300万个原子。与以前的有效质量为基础的结果相比，从两个理论得到的二次斯塔克系数与实验吻合得很好。这项工作代表了单施主自旋控制的理论和实验之间最灵敏和精确的比较。它还表明，有一个显着的线性斯塔克效应附近的接口的杂质，而远离接口，二次斯塔克效应占主导地位。单施主自旋态的精确控制在单施主电子学的量子计算应用中特别需要，这形成了本工作的驱动动机。
2007-05-15 quant-ph
Quantum Electron Transport in Degenerate Donor-Acceptor Systems
我们发展了一个数学上严格的理论，在与热环境接触的简并供体-受体二聚体的量子转移过程。我们明确计算的转移率和受体的人口效率。后者在很大程度上取决于最初的捐助国。我们发现，在初始状态的量子相干性增强的转移过程。如果电子最初由施主能级相干地共享，则效率可以达到接近100%的值，而非相干的初始施主态将显著抑制效率。这些结果有助于更好地理解具有复杂简并和准简并能量景观的化学、固态和生物系统中的量子电子输运。
2019-11-14 math-ph math.MP quant-ph
Extracting inter-dot tunnel couplings between few donor quantum dots in silicon
固态量子计算架构的长期缩放前景在很大程度上依赖于简单可靠地测量和控制相干电子相互作用强度的能力，该相干电子相互作用强度被称为隧道耦合$t_c$。在这里，我们描述了一种方法来提取的$t_c$之间的两个量子点（QD）利用其不同的隧道速率的水库。我们展示了几个施主三重量子点隧道耦合到附近的单电子晶体管（SET）在硅的技术。使用扫描隧道显微镜-氢光刻法图案化该装置，从而允许直接测量给定点间距离的隧道耦合。我们分别在相隔14.5 nm和14.0 nm的最近邻量子点之间提取${t}_{\rm{c}}=5.5\pm 1.8\;{\rm{GHz}}$和${t}_{\rm{c}}=2.2\pm 1.3\;{\rm{GHz}}$。该技术允许一个精确的测量$t_c$的纳米器件，即使它是小于电子温度，是一个理想的表征工具，多点系统与电荷传感器。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Computational Workflow for Designing Silicon Donor Qubits
开发能够可靠、准确地演示叠加和纠缠原理的设备是量子计算界面临的一个持续挑战。建模和仿真提供了测试早期器件设计和建立操作性能预期的有吸引力的方法。然而，量子器件设计所需的复杂集成材料系统无法通过任何单一的现有计算建模方法来捕获。我们研究了多阶段计算工作流程的开发和分析，该工作流程可用于设计和表征硅施主量子比特系统，并进行建模和仿真。我们的方法集成了量子计算化学计算与静电场求解器进行详细的模拟硅中的磷掺杂剂。我们展示了如何原子的细节可以合成到一个操作模型的逻辑门，定义量子计算在这个特定的技术。由此产生的计算工作流程实现了硅施主量子位的设计工具，可以帮助验证和验证当前和近期的实验设备。
2016-08-04 cond-mat.mes-hall cs.ET quant-ph
Strain and Electric Field Control of Hyperfine Interactions for Donor Spin Qubits in Silicon
超精细相互作用的控制是基于硅中浅施主的量子计算架构方案的基本要求。然而，目前，缺乏一个原子的方法，包括关键的影响，中央电池的校正和非静态筛选的施主电位能够描述的超精细相互作用的应变和电场在现实尺寸的设备中的存在。我们建立并应用了一个基于原子紧束缚理论的理论框架，定量地确定了应变和电场依赖的施主超精细耦合。我们的方法可扩展到数百万个原子，但捕获的应变效应与DFT方法的精度水平。与现有实验数据集的良好一致性允许基于量子位的仅应变以及混合（应变+场）控制的多量子位架构的设计空间的可靠调查。应变的益处通过证明基于（001）压缩应变和面内（100或010）场的量子位的混合控制导致对于所考虑的所有四种供体物质（P、As、Sb和Bi）的更高的栅极结晶度和/或更快的栅极操作来揭示。在紧张的环境中不同的供体物种之间的比较进一步突出了超精细位移的趋势，提供预测，没有实验数据存在。虽然更快的门操作是可实现的P，As和Sb捐助者的平面内的字段，只有对于Bi捐助者，我们的计算预测更快的门响应在平面内和平面外的字段的存在下，真正受益于所提出的平面场控制机制的超精细相互作用。
2015-04-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.comp-ph
Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon
核自旋是最早被考虑用于量子信息处理的物理平台之一，因为它们具有特殊的量子相干性和原子尺度的足迹。然而，它们用于量子计算的全部潜力尚未实现，这是由于缺乏将可扩展设备内的核量子位与具有足够保真度的多量子位操作相结合以维持容错量子计算的方法。在这里，我们展示了通用的量子逻辑操作使用一对离子注入的31 P施主核在硅纳米电子器件。通过对共享自旋的电子施加一个几何相位，得到了一个核双量子比特控制Z门，并利用它制备了纠缠态的Bell态，量子效率达到94.2（2.7）%.量子操作使用门集层析成像（GST）精确表征，产生高达99.95（2）%的单量子位平均门保真度，99.37（11）%的双量子位平均门保真度和98.95（4）%的双量子位制备/测量保真度。这三个指标表明，硅中的核自旋正在接近容错量子处理器所需的性能。然后，我们通过产生具有92.5（1.0%）保真度的Greenberger-Horne-Zeilinger三量子比特态来证明两个核和共享电子之间的纠缠。由于半导体中的电子自旋量子比特可以进一步耦合到其他电子或物理穿梭于不同的位置，这些结果为使用施主核和电子自旋的可扩展量子信息处理建立了可行的路线。
2022-01-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-induced decoherence and dissipation in donor-based charge qubits
研究了在硅基质晶体中注入两个掺杂离子共享一个电子的轨道态所实现的施主电荷量子比特中声子诱导的退相干和耗散。掺杂剂离子取自V族元素Bi、As、P、Sb。过量电子耦合到在Si宿主中占主导地位的变形势声学声子。特定的几何形状定制了声子模式的非单调频率分布。我们确定了精确的量子比特动力学的声子的影响下，采用数值精确的准绝热传播路径积分计划，从而考虑到所有浴诱导的相关性。特别是，我们改进了该计划完全消除了Trotter离散误差的Hirsch-Fye外推。通过比较精确的结果，玻恩-马尔可夫近似，我们发现，后者产生适当的估计的退相干和弛豫率。然而，由于非马尔可夫贡献出现明显的定量校正。
2006-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
A silicon-based cluster state quantum computer
自从凯恩提出使用磷供体的硅基核自旋量子计算机以来，已经有十多年了。从那时起，随着与原始提案相关的实验挑战得到更好的理解，硅基架构得到了改进，同时出现了许多强大的通用量子计算模型。在这里，我讨论了如何集群状态或“单向”模型的量子计算可能有利地应用于硅施主，有可能大大降低一个成功的实施的实际要求。该方案的实质是利用与施主相关的电子自旋在31P施主核自旋之间编织纠缠网络。这种资源已被证明具有特殊的相干时间，并通过对核自旋的局部测量支持通用量子计算。其中一些关键因素，如全局自旋操纵，已经得到了有力的建立，而另一些因素，如单自旋测量，近年来已经取得了很大进展。一个关键的挑战将是证明保持自旋相干性的供体之间的电子转移。
2009-05-25 quant-ph
Optically detected NMR of optically hyperpolarized 31P neutral donors in 28Si
浅施主31 P的电子和核自旋是许多提出的基于Si的量子计算方案中调用的有希望的量子位候选者。我们最近已经表明，近消除不均匀加宽的高度同位素富集的28 Si，使光学读出的施主电子和核自旋通过解决施主超精细分裂近间隙施主束缚激子跃迁。我们还表明，在低磁场下，泵浦这些相同的跃迁可以非常快地产生大的电子和核超极化，其中平衡电子和核极化非常小。在这里，我们显示了使用这种光学核超极化机制制备的31 P核自旋系统，随后通过与NMR脉冲序列操作后的光学读出所得到的核自旋人口的31 P中性供体NMR参数的测量的初步结果。这允许在常规NMR由于31 P的低浓度和小的平衡极化而不可能的条件下观察具有非常高的信噪比的单次激发NMR信号。
2011-06-01 cond-mat.other physics.atom-ph quant-ph
Electron spin coherence of shallow donors in natural and isotopically enriched germanium
锗是一种广泛应用于电子和光电子器件的材料，近年来它已成为自旋电子学和量子计算应用的重要材料。当主体材料被同位素富集以去除任何磁核时，硅中的施主自旋已被证明支持非常长的相干时间（$T_{2}$）。锗也具有非磁性同位素，因此预期其支持长$T_{2}$，同时提供一些新性质。与Si相比，Ge具有强的自旋-轨道耦合、大的电子波函数、高迁移率和高度各向异性的导带谷，这些都将产生新的物理。在这封信中，第一个脉冲电子自旋共振（ESR）测量$T_{2}$和自旋晶格弛豫（$T_1$）时间为$^{75}$ As和$^{31}$ P的天然和同位素富集锗的供体。我们比较了不同水平的同位素富集的样品，发现由于$^{73}$ Ge核自旋的光谱扩散限制了具有显著量的$^{73}$ Ge的样品的相干性。对于最高度富集的样品，我们发现$T_1$将$T_2$限制为$T_2 = 2T_1$。我们报告的各向异性$T_1$和沿不同晶轴取向的磁场的系综线宽，但没有解决任何角度依赖于光谱扩散限制的$T_2$样品与$^{73}$锗。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Multimode storage of quantum microwave fields in electron spins over 100 ms
长寿命多模量子位寄存器是用于模块化量子计算架构的使能技术。为了与超导量子比特接口，这样的量子存储器应该能够在单光子水平上长时间存储传入的量子微波场，并按需检索它们。在这里，我们证明了部分吸收的训练弱微波场的铋施主自旋硅，他们的存储为100毫秒的合奏，和他们的检索，使用哈恩回波协议。长的存储时间是通过在一个时钟转换偏置铋施主。相位相干性和量子统计被保存在存储器中。
2020-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal quantum computing using electro-nuclear wavefunctions of rare-earth ions
提出了一种基于Kramers稀土离子的通用量子计算方案。它们的核自旋在塞曼分裂电子晶体场基态的存在下充当存储量子信息的“被动”量子比特。量子位可以通过快速相干跃迁到具有磁矩的激发晶体场态来光学激活。这些状态之间的偶极相互作用用于实现CNOT门。我们比较我们的建议与一个类似的硅中的磷施主原子的基础上，并讨论显着改善CNOT门时间相比，稀土实现通过较慢的偶极封锁。
2020-09-29 quant-ph
Electrically driving nuclear spin qubits with microwave photonic bangap resonators
半导体中施主杂质的电子和核自旋自由度形成超相干二能级系统，其对于量子信息应用是有用的。自旋自然具有磁偶极子，因此交流（AC）磁场经常用于驱动自旋跃迁并执行量子门。这些场可能难以在空间上局限于单个施主量子位，因此期望诸如AC电场驱动的自旋共振的替代控制方法。然而，施体自旋量子位不具有电偶极矩，使得它们不能正常地由电场驱动。在这项工作中，我们挑战的概念，展示了一种新的，全电场的方法来控制中性$^{31}$ P和$^{75}$作为施主核自旋硅通过调制其施主束缚电子。这种方法比磁场控制有很大的优势，因为电场很容易限制在纳米尺度。这导致更低的功率要求，更高的量子位密度和更快的门时间。我们还表明，这种形式的控制允许驱动核自旋量子比特在其谐振频率或该频率的第一次谐波，从而降低设备带宽要求。有趣的是，当我们放松带宽要求时，我们证明了计算希尔伯特空间被扩展到包括双量子跃迁，使得使用所有四个核自旋态在Si：As中实现基于核自旋的量子是可行的。基于这些结果，人们可以设想在硅中使用核自旋的新型高密度、低功耗量子计算架构。
2017-01-23 quant-ph
Quantifying the quantum gate fidelity of single-atom spin qubits in silicon by randomized benchmarking
基于硅中单个31-P原子的电子和核自旋的相干控制和单次读出的演示，我们在这里提出了一个系统的实验估计量子门的精确度，使用Clifford组中的1-qubit门的随机基准测试。我们应用这种分析的电子和电离的31-P核的一个单一的P供体同位素纯化的28-Si。我们发现电子的平均门量子效率为99.95%，核自旋的平均门量子效率为99.99%.这些值高于特定的纠错阈值，并展示了硅中基于施主的量子计算的潜力。通过研究控制脉冲的形状和功率的影响，我们发现证据表明，目前对门保真度的限制主要与外部硬件有关，而不是量子比特的内在行为。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum-Dot Cellular Automata using Buried Dopants
研究了利用埋层掺杂剂构造量子点元胞自动机，作为传统电子器件的替代方案，用于信息传输和基本计算。由于每个势阱由单个掺杂剂原子形成，因此这提供了这种类型的系统在掺杂方面的限制。作为一个例子，发现硅中的磷施主具有良好的能级分离，具有微秒量级的非相干切换时间。然而，我们也说明了超快量子相干开关通过绝热演化的可能性。数值计算的开关速度，发现是10皮秒或更少的一个单一的细胞。退相干的效果也模拟在一个失相过程的形式和限制估计与有限的失相操作。该方案的优点和局限性比更传统的量子点为基础的计划进行了讨论。还讨论了掩埋供体元胞自动机系统的使用作为用于测试基于掩埋供体的量子计算方案的几个方面的架构。
2005-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Topological Quantum Computing with Only One Mobile Quasiparticle
在拓扑量子计算机中，普适量子计算是通过在2+1维时空中将某些二维系统的准粒子激发相互拖动以形成其世界线的辫子来执行的。在本文中，我们表明，任何这样的量子计算，可以通过编织$n$相同的准粒子也可以通过移动一个单一的准粒子周围的n-1个其他相同的准粒子的位置保持固定。
2006-03-07 cond-mat.mes-hall hep-th quant-ph
Hydrogenic Spin Quantum Computing in Silicon: A Digital Approach
我们提出了一种硅中自旋对编码量子位的量子计算架构。电子-核自旋对受直流磁场和电极开关超精细相互作用控制。这种数字处理对调谐误差不敏感，并且易于建模。电子在供体之间穿梭使得能够实现多量子位逻辑。这些类氢自旋量子比特可转移到具有长相干时间的核自旋对和电子自旋对，它们非常适合测量和初始化。该架构可扩展到高度并行操作。
2003-02-26 cond-mat quant-ph
Theory of quasi-exact fault-tolerant quantum computing and valence-bond-solid codes
在这项工作中，我们发展了准精确容错量子（QEQ）计算的理论，它使用量子比特编码成准精确的量子纠错码（“准码”）。根据定义，准码是一种参数近似码，可以通过调整其参数而变得精确。量子均衡计算的模型介于两种著名的量子计算模型之间：通常的无纠错的噪声量子计算和通常的容错量子计算，但更接近后者。精确量子码的许多概念需要调整准设置。在这里，我们发展准纠错理论，使用量子仪器，准普适性，准码距离，准阈值等的概念，我们发现了广泛的一类准码，这是所谓的价键固体码，我们用它们作为具体的例子来演示QEQ计算。
2021-05-31 quant-ph
Exploiting Anyonic Behavior of Quasicrystals for Topological Quantum Computing
我们表明，准晶表现出的任意子行为，可用于拓扑量子计算。特别地，我们研究了最简单的非阿贝尔任意子的融合Hilbert空间，Fibonacci任意子，和一类准晶的平铺空间之间的对应关系，其中包括一维Fibonacci链和二维Penrose平铺。本文还讨论了拓扑量子信息处理的一种可能的平铺空间编码。
2022-07-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Power of Anisotropic Exchange Interactions: Universality and Efficient Codes for Quantum Computing
我们研究了一类各向异性固体哈密顿量的量子计算能力。发现了一组通用的编码逻辑运算，它们消除了许多量子计算机提案中难以实现的单量子比特门，例如，量子点和施主原子自旋的各向异性交换耦合，量子霍尔系统，以及电子浮在氦上，我们展示了如何通过将一个量子比特编码成两个物理量子比特，并通过控制最近邻相互作用，使相应的哈密顿量具有普适性。
2001-11-14 cond-mat math-ph math.MP
Quasiphasematched concurrent nonlinearities in periodically poled KTiOPO_4 for quantum computing over the optical frequency comb
本文报道了利用1560 nm泵浦光在周期极化多光栅KTiOPO_4晶体中产生的三种符合非线性相互作用，即ZZZ（“0型”）、ZYY（I型）和YYZ/YZY（II型）的780 nm二次谐波的成功设计和实验实现。由此产生的非线性介质是在单个光学参量振荡器的光学频率梳上制造可扩展量子计算机的关键部件。
2009-12-16 quant-ph
Universal set of quantum gates for the flip-flop qubit in the presence of 1/f noise
半导体固体基质中的杂质代表了量子计算应用的广泛研究平台。在这种情况下，所谓的触发器量子位成为硅中可扩展实现的方便选择。触发器量子位是通过在同位素纯化的硅中注入磷施主，并在施主核自旋及其束缚电子中编码逻辑态来实现的，通过施加垂直电场来电调制超精细相互作用，导致具有反平行自旋$\{|\downarrow\Uparrow\rangle,|\uparrow\Downarrow\rangle\}$的态之间的电子偶极自旋共振（EDSR）跃迁，这些自旋被选为逻辑态。当考虑两个量子比特时，利用偶极-偶极相互作用允许它们之间的长程耦合。本文提出了一种适用于触发量子比特的通用量子门，并研究了1/f噪声对单量子比特$R_z(-\fracπ{2})$和Hadamard门以及双量子比特$\sqrt{iSWAP}$门的门保真度的影响.
2021-04-29 quant-ph
Silicon-based Quantum Computation
提出了一种量子计算机的体系结构，其中与硅中的施主相关联的自旋充当量子比特。使用施加到与自旋相邻的栅极的电压和与自旋跃迁共振的射频施加的磁场的组合来执行对自旋的量子操作。电子自旋的探测和测量是通过对两电子系统的静电探测来进行的，由于泡利原理，其轨道构型必须取决于电子的自旋状态。具体的设备将进行讨论，执行所有必要的操作量子计算，重点放在定性的原则，其操作。使用这种架构实现大规模量子计算的可能障碍将得到解决：计算机必须在极低的温度下运行，必须由接近原子精度的设备制造，并且需要非常精确的门控操作才能执行量子逻辑。将提出改进的计算机体系结构，可以弥补这些不足之处。最后，我将讨论使用Si/SiGe异质结构的计算机的具体实现，其中使用低能量聚焦离子束沉积施主。
2000-03-08 quant-ph
Electron Spin Resonance Transistors for Quantum Computing in Silicon-Germanium Heterostructures
我们应用现代电子能带结构工程和外延异质结构的全部功率来设计可以感测和控制单个施主电子自旋的晶体管。自旋共振晶体管可以形成量子信息处理的技术基础。通过施加栅极偏置来执行一个和两个量子位操作。偏置电场将电子波函数从掺杂剂离子拉到不同合金成分的层中。由于g因子的变化（Si：g=1.995，Ge：g=1.563），这种位移改变了自旋塞曼能量，允许单量子比特操作。通过进一步移动电子，与相邻量子位的重叠受到影响，这允许两个量子位操作。某些硅锗合金允许量子位间距大至200 nm，这完全在当前光刻技术的能力范围内。我们讨论制造限制和问题，扩大到一个大尺寸的计算机。
1999-06-11 quant-ph
Improved quasiparticle nuclear Hamiltonians for quantum computing
Barcelona Supercomputing Center (BSC)（巴塞罗那超级计算中心）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
本文通过Brillouin-Wigner微扰理论改进开放壳层核的准粒子描述，实现能量相对误差低于0.2%，并引入Hartree-Fock近似使有效哈密顿量适用于量子模拟。
2026-04-13 nucl-th quant-ph
A quasi-analytical modal approach for computing Casimir interactions in periodic nanostructures
我们提出了一个几乎完全解析的技术计算周期性层状光栅之间的卡西米尔相互作用的模式的基础上的方法。我们的方法通过使用此类结构本征向量的精确形式，并通过数值求解简单的超越方程来计算本征值，改进了之前关于纳米结构的卡西米尔模态方法的工作。在某些情况下，特征值可以精确求解，例如由Drude介电常数建模的光栅的零频率极限。我们的技术也使我们能够预测分析卡西米尔相互作用的行为在极限情况下，如大分离渐近。该方法可以推广到更复杂的光栅结构，并可以提供更深入的理解纳米结构之间的卡西米尔力的几何组成温度的相互作用。
2012-08-29 physics.optics quant-ph
