The quadratic speedup in Grover's search algorithm from the entanglement perspective
我们分析了纠缠在量子比特空间中Grover搜索算法的动力学演化中所起的作用。我们表明，该算法可以等效地描述为量子比特之间的纠缠的迭代变化，它控制着初始状态向目标状态的演化，并且纠缠可以量化为一个单一的纠缠单调。我们还提供了一个充分必要条件的二次加速，这说明了如何在每次迭代后的状态的二分纠缠的变化确定相应的增加找到目标状态的概率。这使我们能够重新建立从纠缠的角度来看，格罗弗的搜索算法是唯一的最佳纯态搜索算法。
2007-07-10 quant-ph
Modulating quantum evolution of moving-qubit by using classical driving
在这项工作中，我们研究了一个开放的运动量子比特调制的经典驱动场的量子演化。利用量子速度极限时间和最近引入的一种非马尔可夫测度，得到了零温下量子比特的密度算符，并分析了它的量子演化动力学。结果表明，非马尔可夫环境和经典驱动都能加速演化过程，这种量子加速过程是由非马尔可夫性引起的，临界点只依赖于量子比特的速度.此外，量子比特的运动会延迟演化过程，但量子比特速度对量子加速比的负面影响可以通过经典驱动来抑制。最后，利用退相干率给出了相应的物理解释。
2023-02-06 quant-ph
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。
2023-10-19 quant-ph
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。
2019-11-20 quant-ph
Restless Tuneup of High-Fidelity Qubit Gates
我们提出了一种量子比特门的调谐协议，与传统的依赖于能量弛豫的量子比特初始化方法相比，具有十倍的加速比。这种加速是通过构建一个成本函数Nelder-Mead优化从实时相关的非爆破测量交错门操作没有暂停。在transmon量子比特上应用该协议在一分钟内实现了0.999的平均Clifford保真度，这是使用随机基准测试和门集断层扫描独立验证的。成本函数的可调灵敏度允许以几乎恒定的信噪比检测门误差的分数变化。所展示的不安分的概念可以很容易地扩展到两个量子比特门和测量操作的调整。
2016-11-15 quant-ph
A quantum speedup algorithm for TSP based on quantum dynamic programming with very few qubits
针对TSP量子搜索中初始态制备瓶颈，提出基于量子动态规划、仅用极少辅助量子比特的多项式复杂度算法，实现指数加速并达到理论最小查询复杂度，且电路可实际实现。
2025-04-24 quant-ph
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。
2004-03-17 quant-ph
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。
2016-12-27 quant-ph
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。
2002-02-26 quant-ph
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。
2024-11-27 quant-ph
Role of flow of information in the speedup of quantum evolution
在非马尔可夫环境中，量子演化可以被加速。已有的结果表明，系统-环境束缚态的形成决定了量子加速比。虽然在系统-环境光谱中更强的束缚态似乎会导致更快的进化速度，但这种看似直观的想法可能并不总是正确的。我们通过研究一个由经典场驱动的量子比特，并在镜子的存在下耦合到光子晶体波导来说明这一点。完美的镜子可以迫使部分发射的光返回到量子位，从而诱导非马尔可夫动力学。在所考虑的模型中，我们展示了进化速度如何受到记忆时间和经典驱动强度的影响。特别地，我们发现束缚态的形成并不是加速演化的本质原因。量子加速归因于信息的流动，而不管信息流动的方向。我们的结论也适用于其他非马尔可夫环境。
2018-02-25 quant-ph
Control of Non-Resonant Effects in a Nuclear Spin Quantum Computer with a Large Number of Qubits
我们讨论了如何用大量的量子比特来模拟简单的量子逻辑运算。这些模拟是可扩展固态量子计算机的实验测试所需要的。远程量子位的量子逻辑是在自旋链中模拟的。分析估计可能引起的非共振跃迁的相关误差。一个范围内的参数，其中可以最大限度地减少非共振效应。
2001-03-03 quant-ph
High fidelity optical readout of a nuclear spin qubit in Silicon Carbide
本研究针对量子比特的量子态读出需求，基于重复读出技术实现了碳化硅中V2色心核自旋的高保真度读出（最高99.5%），完成核自旋初始化与振荡观测，并将其用作长寿命存储器应用于弱耦合自旋浴量子传感。
2024-03-08 quant-ph
Demonstration of Algorithmic Quantum Speedup for an Abelian Hidden Subgroup Problem
本文利用两台127量子比特IBM Quantum处理器，对受限Hamming权重的Simon问题变体进行最多58量子比特实验，并借助动力学解耦与测量误差缓解演示了指数级量子加速。
2025-01-12 quant-ph
Observation of coherent oscillation of a single nuclear spin and realization of a two-qubit conditional quantum gate
固体中单个核自旋的拉比章动已被观测到。实验是在金刚石中单个氮空位缺陷中心的单电子和单13 C核自旋上进行的。该系统用于实现量子逻辑非和条件双量子比特门（CROT）。对CROT门的密度矩阵层析表明，在我们的实验中获得的门保真度高达0.9，足以用于量子算法。
2004-05-03 quant-ph
Qubit Reduction and Quantum Speedup for Wireless Channel Assignment Problem
本文提出将NP-hard无线信道分配问题表述为高阶无约束二值优化（HUBO），并利用Grover自适应搜索实现二次加速，通过设计升降序二进制编码显著减少了量子比特和查询复杂度，同时以降序编码降低量子门开销。
2023-08-01 cs.DS math.OC quant-ph
Nuclear spin qubits in a trapped-ion quantum computer
物理系统必须满足许多条件才有资格成为用于量子信息处理的有用量子比特（qubit），包括易于操作、长的退相干时间和高保真度读出操作。由于这些条件很难用单个系统来满足，因此可能需要组合不同的自由度。在这里，我们讨论了一个可能的系统，基于电子和核自旋自由度被困离子。核自旋产生长的退相干时间，而电子自旋在磁场梯度中提供有效的操纵，并且离子的光学跃迁确保选择性和有效的初始化和读出。
2009-04-26 quant-ph
A silicon quantum-dot-coupled nuclear spin qubit
固态单核自旋由于其长的相干时间和良好的可控性，长期以来一直被设想为量子计算的平台。测量可以通过局部电子进行，例如单原子掺杂剂或晶体缺陷中的电子。然而，在多种掺杂剂或缺陷之间建立长程相互作用是具有挑战性的。相反，在光刻定义的量子点中，可调谐的点间电子隧穿允许相邻点中基于电子自旋的量子位的直接耦合。此外，与半导体制造技术的兼容性提供了一条引人注目的途径来扩展到大量的量子位。不幸的是，超精细相互作用通常太弱，无法解决单个核。在这里，我们表明，对于硅金属氧化物半导体量子点中的电子，超精细相互作用足以初始化，读出和控制单个硅-29核自旋，产生核自旋的长相干时间与量子点系统的灵活性和可扩展性的组合。我们展示了核自旋量子比特的高保真投影读出和控制，以及核自旋和电子自旋之间的纠缠。重要的是，我们发现当电子在量子点之间移动时，核自旋和电子自旋都保持了它们的相干性，从而为通过电子穿梭实现远程核-核纠缠铺平了道路。我们的研究结果确立了量子点中的核自旋作为量子处理的强大新资源。
2019-06-28 quant-ph
Entanglement Measures in Embedding Quantum Simulators with Nuclear Spins
我们在核自旋系统中实现了一个嵌入量子模拟器（EQS）。该实验包括一个最多三个量子位的模拟器，加上一个辅助量子位，在那里我们能够有效地测量两个量子位和一个三个量子位系统的并发性和三纠缠，因为它们经历纠缠动力学。EQS框架允许我们大幅减少这项任务所需的测量数量，否则需要对量子位系统进行全状态重建。我们的模拟器是建立在4个$^{13}C$原子的核自旋的反式巴豆酸分子与NMR技术操作。
2017-06-01 quant-ph
Programmable quantum state discriminator by Nuclear Magnetic Resonance
本文利用核磁共振实现了一种可编程量子态探测器。我们使用两个量子位自旋1/2系统，一个用于数据量子位，一个用于辅助（程序）量子位。该设备对关于固定状态对称定位的数据量子位的状态对进行明确的（无误差）区分。该装置用于区分线偏振态和椭圆偏振态。通过适当地准备辅助量子比特来实现成功鉴别的最大概率。研究还表明，鉴别概率依赖于协议幺正算符的角度和数据量子比特态的椭圆率。
2005-10-25 quant-ph
Projective measurement of a single nuclear spin qubit by using two-mode cavity QED
本文报道了通过测量腔增强荧光的偏振态实现对171 Yb原子单个1/2核自旋的投影测量。为了获得具有核自旋相关偏振的腔增强荧光，我们构建了一个双模腔QED系统，其中两个循环跃迁独立地耦合到每个正交偏振的腔模，通过操纵171 Yb的能级。该系统可以将原子核自旋自由度与光子的偏振态联系起来，这将有助于混合量子系统的发展。
2010-12-08 quant-ph
Demonstrating experimentally the encoding and dynamics of an error-correctable logical qubit on a hyperfine-coupled nuclear spin qudit
本研究利用电子–核双共振在超精细耦合的 I=3/2 核自旋 qudit 上编码可纠错逻辑量子比特，并通过受控磁场涨落与自然退相干实验验证其容错量子存储潜力。
2025-01-09 quant-ph
Direct Nuclear-Level Qubits using Trapped Th-229 Ions: A Platform for Entanglement and Universal Quantum Information Processing
本文提出利用俘获Th-229离子作为高保真核能级量子比特的理论框架，通过声子介导和激光边带脉冲实现纠缠操作，为开发核量子信息处理器提供了实用路线图。
2025-08-14 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
Achieving speedup in Dark Matter search experiments with a transmon-based NISQ algorithm
University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；INFN - Milano Bicocca（意大利国家核物理研究所-米兰比可卡分部）
本研究提出基于transmon的NISQ算法，通过单个两量子比特门提升对隐藏光子混合参数ε的检测灵敏度，显著减少所需积分时间，实现暗物质搜索实验的加速。
2026-03-03 quant-ph
Cavity-enhanced optical readout and control of nuclear spin qubits
Max-Planck-Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；TUM Center for Quantum Engineering (ZQE)（慕尼黑工业大学量子工程中心）
通过腔体增强技术实现167-Er核自旋量子比特的高效光学读取与控制，为长距离光纤量子网络提供新平台。
2026-03-02 quant-ph
Coherence of an optically illuminated single nuclear spin qubit
我们研究了金刚石中单个核自旋量子比特的相干特性[Dutt等人，Science，316，1312（2007）]中描述的方法。由此产生的核自旋动力学由与快速电子跃迁相关的时间相关的超精细相互作用控制，这可以用自旋涨落模型来描述。我们发现，由于类似于核磁共振中的运动平均过程，核自旋相干性可以在大量的光激发循环后保持。我们的理论分析与实验结果符合得很好。这表明了一种新的方法，可以潜在地将核自旋系统完全从电子环境中隔离出来。
2008-02-20 quant-ph
One-second coherence for a single electron spin coupled to a multi-qubit nuclear-spin environment
单电子自旋耦合到多个核自旋为量子传感和量子网络提供了有前途的多量子比特寄存器。可获得的控制水平取决于电子自旋能够选择性地与周围的核自旋耦合和解耦的程度。在这里，我们实现了一个相干时间超过一秒的单电子自旋通过去耦序列定制其微观核自旋环境。我们首先使用电子自旋来探测环境，这是由7个单独的和6对耦合的碳13自旋准确描述的。我们开发了碳-13对的初始化、控制和读出，以便直接揭示它们的原子结构。然后，我们利用这一知识，通过小心地避免不必要的相互作用，将量子态存储超过一秒。这些结果为复杂多自旋系统的量子传感提供了原理证明，并为具有长相干时间的多量子比特量子寄存器提供了机会。
2018-01-03 quant-ph
Dynamic decoherence control of a solid-state nuclear quadrupole qubit
本文报道了动态退相干控制脉冲序列在$Pr^{3+}:Y_2SiO_5$核四极跃迁中的应用。过程层析成像用于分析脉冲序列的效果。发现脉冲序列将跃迁的退相干时间增加到超过30秒。虽然退相干时间显着增加，人口项被发现迅速衰减的脉冲序列的应用程序。这种衰减率的增加归因于系综中的不均匀性。讨论了规避这一限制的方法。
2004-12-16 quant-ph
"Spectral Implementation" for creating a labeled pseudo-pure state and the Bernstein-Vazirani's algorithm in a four-qubit nuclear magnetic resonance quantum processor
介绍了一个量子线路，描述了在一个4量子位核磁共振量子处理器上用多分量激发方案制备标记赝纯态的过程.同时，对可控旋转门的低功耗选择性单脉冲实现进行了理论分析和数值研究，并在实验中验证了其有效性。基于所制备的标记伪纯态，通过谱实现实验验证了一个3量子比特的Bernstein-Vazirani算法.计算的“答案”是从观测者自旋谱中的分裂发言位置识别的，这相当于算法所需的投影测量。
2004-02-23 quant-ph
Nuclear electric resonance
核自旋量子比特具有较长的相干时间，被期望应用于量子信息处理。然而，现有的方法要么不能处理单个核（如核磁共振），要么严重影响核相干时间（如基于超精细斯塔克效应的电子核操纵，ENMHSE）。在这里，我们提出了一种称为核电共振的电子核操纵，它一方面可以寻址单个核量子比特，另一方面可以保持长的相干时间。应用这一点，我们构造了具有外电场的普适量子门。这些通用门对任意$S\ge 1$自旋核都是实用的。考虑到核电共振的相干时间要长得多，与ENMHSE相比，我们将单量子比特操作的数量提高了三个数量级。
2021-11-28 quant-ph
Efficient approximate unitary t-designs from partially invertible universal sets and their application to quantum speedup
$t$ -设计的核心是一种从酉群上的Haar测度随机采样的方法，它可以应用于量子信息处理和物理学。我们在$n$ -量子比特上构造了新的量子线路族，从而在$O(n^3t^{12})$深度上有效地产生了$\varepsilon$ -近似酉$t$ -设计.这些量子线路是基于先前结构中技术要求的放宽。特别是，电路的构造给出了有效的近似$t$ -设计由Brandao，Harrow，和Horodecki（F. G. S. LBrandao，A. WHarrow，和M.霍洛代茨基（2016）.）要求从包含所有元素的逆的集合中选择门，并且酉的条目是代数的。我们减少这些要求，包含元素的集合中没有逆，和非代数条目，我们称之为部分可逆的通用集。然后，我们适应这种电路结构的框架下的测量为基础的量子计算（MBQC），并给出新的明确的例子$n$ -量子比特图状态与固定分配的测量（图形小工具）引起酉$t$ -设计的基础上部分可逆的通用集，在一个自然的方式。我们进一步表明，这些图形的小工具表现出量子加速，标准的复杂性理论的示意图。我们提供了数值和分析的证据，几乎任何分配的固定测量角度的$n$ -量子位簇状态提供有效的$t$ -设计，并展示了量子加速。
2020-03-09 quant-ph
Faraday Rotation with Single Nuclear Spin Qubit in a High-Finesse Optical Cavity
当非共振光场与原子自旋耦合时，其偏振可以通过法拉第旋转根据自旋的方向旋转，法拉第旋转已用于监测和控制原子自旋。在高精细度光腔中，我们观察到了171 Yb原子单个1/2核自旋的法拉第旋转角超过10度。通过利用单个核自旋与光子之间的耦合，我们还证明了自旋可以通过透射的单个辅助光子的投影来投影或弱测量。
2010-04-28 quant-ph
Experimental Detection of Qubit-Ququart Pseudo-Bound Entanglement using Three Nuclear Spins
在本工作中，我们在一个核磁共振（NMR）量子信息处理器上，利用三个核自旋，实验上制备并表征了一类量子比特-量子纠缠PPT（positive under partial transpose）纠缠态。希尔伯特空间维数为$\ge 2 \otimes 3$的系统的纠缠检测和表征是非平凡的，因为在这样的系统中存在既是PPT又是纠缠的状态。我们设计的用于检测量子比特-量子纠缠PPT纠缠的实验检测方案是基于对三个泡利算子的高精度测量，并且是检测纠缠的协议的关键组成部分。在目前的研究中考虑的PPT纠缠态的家庭是五个纯态的非相干混合物。所有五个态都是以高结晶度制备的，并且所得到的PPT纠缠态是以平均保真度$\ge 0.95$制备的。通过全量子态层析（QST）验证了所检测到的纠缠态。
2019-01-20 quant-ph
Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2
针对自旋为1/2电子系统中核自旋控制选择性受限的问题，提出动态解耦射频（DDRF）门方法，利用金刚石锡空位中心电子实现核自旋改进控制及72(3)%保真度的纠缠，为多量子比特实验提供基础。
2024-09-23 quant-ph
Implementation of a scalable universal two-qubit quantum processor with electron and nuclear spins in a trapped ion
本文提出利用离子内部能级和电子/核自旋实现可扩展 n 离子-2n 量子比特处理器，并在单离子系统上验证通用门与 Grover 算法，为大幅扩展量子计算 Hilbert 空间提供新路径。
2024-07-01 quant-ph
Fast measurement-based generation of large-scale Greenberger-Horne-Zeilinger state with atomic nuclear-spin qubits
Center for Theoretical Physics and School of Physics and Optoelectronic Engineering, Hainan University（海南大学理论物理中心及物理与光电工程学院）
研究利用类碱土原子核自旋量子比特，通过量子铁磁门基于测量快速制备大规模GHZ态，从三数据原子与一辅助原子积态出发，经特定电路可生成多比特GHZ态，分析显示可实现243量子比特态且保真度高。
2026-07-15 quant-ph
Experimental Realization of Single-shot Nonadiabatic Holonomic Gates in Nuclear Spins
非绝热完整量子计算由于其对控制误差的鲁棒性而受到越来越多的关注。然而，所有先前的方案必须使用至少两个顺序实现的门来实现一般的单量子位门。基于最近的两个工作，我们构造了两个哈密顿量，并在一个双量子位核磁共振（NMR）系统中通过单次激发实现了非绝热完整门。通过设计一个量子线路，使一个工作量子比特和一个辅助量子比特非线性演化，实现了两个分别沿$\hat{x}$和$\hat{z}$轴旋转的非对易单量子比特完整门.利用为NMR量子信息处理器开发的序列编译器，我们优化了整个脉冲序列，使实现的总误差最小。最后，所有的非绝热完整门在$98\%$上都达到了很高的无衰减实验能量
2017-03-30 quant-ph
Efficient quantum gates for individual nuclear spin qubits by indirect control
混合量子寄存器，例如电子-核自旋系统，已经成为用于在可扩展系统中实现量子信息和计算协议的有前景的硬件。然而，对这些系统的协调控制仍然面临挑战。特别是，核自旋的较低旋磁比使它们对控制场的响应缓慢，导致门时间通常长于电子自旋的相干时间。在这里，我们展示了一个方案，通过间接控制来规避这个问题：我们只对电子自旋施加少量的短脉冲，并让整个系统在脉冲之间的超精细耦合下进行自由演化。利用该方案，我们在电子-核自旋系统中实现了鲁棒的量子门，包括一个以核自旋为目标的Hadamard门和一个以核自旋为目标的受控非门。这些门的持续时间短于电子自旋相干时间，因此不需要额外的操作来延长系统相干时间。我们的演示作为一个概念的证明，实现有效的相干控制的电子核自旋系统，如钻石中的NV中心。当核自旋与电子自旋仅弱耦合时，我们的方案仍然适用。
2020-05-13 quant-ph
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。
2009-12-10 cond-mat.other quant-ph
Simulating decoherence behavior of a system in entangled state using nuclear magnetic resonance
选取13碳标记三氯乙烯中的H核作为单量子比特环境，两个C核作为双量子比特系统，利用核磁共振（NMR）方法模拟了系统处于纠缠态时的量子退相干.解耦技术用于跟踪环境自由度。实验结果与理论预测一致。我们的实验方案可以推广到由多个量子比特组成的环境。
2002-04-19 quant-ph
Quantum State Engineering using Single Nuclear Spin Qubit of Optically Manipulated Ytterbium Atom
将单个Yb原子加载到具有移动晶格的高精细光学腔中，并使用核磁共振技术操纵其核自旋态。全量子态层析证实了高可靠性的量子态控制，保真度和纯度分别大于0.98和0.96;采用腔QED技术实现了高速（500 μ s）和高效率（0.98）的投影测量。由于只有在投影测量工作时才产生超精细耦合，因此保持了较长的相干时间（T_1 = 0.49s和T_2 = 0.10s）。我们的技术可以应用于实现一个可扩展的单向量子计算与集团态的光晶格。
2011-01-12 quant-ph
Experimental Implementation of Remote State Preparation by Nuclear Magnetic Resonance
我们利用液态核磁共振（NMR）技术，在碳-13标记的氯仿分子$^{13}$ CHCl $_{3}$中，在原子间距离上实现了从氢原子到碳原子核的量子比特的远程态制备（RSP）。特殊量子位系综的全RSP，即，在Bloch球上用Pati方案从赤道和极向大圆中选择一个量子比特，用一个cbit通信实现。这样的RSP方案可以推广到制备大量的量子比特态，并且可以用于其他量子信息处理和量子计算。
2002-02-01 quant-ph
Iterative quantum state transfer along a chain of nuclear spin qubits
在两个量子比特之间传递量子信息是量子通信和量子信息处理中许多应用的基本要求。在D. Burgarth等人[Phys.Rev.A75，062327（2007）]，这是通过静态自旋链和仅应用于链的接收端的门操作序列来实现的。对自旋链的唯一要求是，它将输入幅度的有限部分传输到链的末端，在那里门操作积累信息。对于适当的演化和门操作序列，传输的保真度可以渐近地接近1。我们证明了这种传输方案的操作原理，通过在核磁共振量子信息处理器中实现它。
2007-07-18 quant-ph
Quantum read-out and fast initialization of nuclear spin qubits with electric currents
核自旋量子比特在固态下具有最长的相干时间，但它们的量子读出和初始化是一个巨大的挑战。我们提出了一个电流与半导体中施主杂质核自旋相互作用的理论。该理论给出了一个灵敏度标准的量子检测核自旋态的电检测磁共振，以及一个全电的方法快速核自旋量子比特初始化。
2011-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Control of a Long-Lived Nuclear Memory Spin in a Germanium-Vacancy Multi-Qubit Node
本文展示了对金刚石中锗空位色心耦合13C核自旋的相干控制，实现超过2.5秒的相干时间，并估计记忆时间可达18.1秒，为量子中继器节点应用奠定基础。
2025-01-07 quant-ph
Graph-based identification of qubit network (GidNET) for qubit reuse
本文提出GidNET算法，通过分析量子电路的有向无环图和候选矩阵优化量子比特重用，在大幅降低运行时间的同时显著缩减电路宽度，有效解决了量子比特重用中最优性与可扩展性的权衡问题。
2024-10-11 quant-ph
The NV center as a quantum actuator: time-optimal control of nuclear spins
通过量子致动器间接控制量子比特已经被提出作为一种有吸引力的策略来操纵仅与外部场弱耦合的量子比特。虽然当致动器-量子比特耦合是各向异性时，可以很容易地实现通用量子控制，但这种方法的效率不太清楚。在这里，我们分析的量子执行器控制的时间效率。我们描述了一种策略，通过量子致动器找到时间最优的控制序列，并将它们的门时间与直接驱动进行比较，确定致动器控制执行得更快的制度。作为一个例子，我们专注于基于金刚石中的氮空位中心电子自旋（致动器）和附近的碳-13核自旋（量子位）的具体实现。
2014-10-21 quant-ph
Pulse sequences for controlled 2- and 3-qubit gates in a hybrid quantum register
我们提出并证明了一个量子控制方案的混合量子寄存器，可以减少操作时间，因此放松的影响，相比现有的实现。它将共振激发脉冲与量子比特系统的内部哈密顿量下的自由进动周期相结合。我们用这个方案实现了类似于金刚石中氮空位中心的电子和核自旋的受控非操作的量子门。作为一个具体的应用，我们在电子和核自旋量子比特之间转移布居，并使用它来测量具有多个耦合自旋的系统中的核自旋的拉比振荡。
2018-06-21 quant-ph
Use of non-adiabatic geometric phase for quantum computing by nuclear magnetic resonance
几何相位在科学的许多领域都有潜在的应用，这激发了人们的研究兴趣。其中之一就是容错量子计算。量子计算的先决条件是通过量子比特的受控动力学实现受控逻辑门。在受控动力学中，一个量子比特经历相干演化并获得适当的相位，这取决于其他量子比特的状态。如果演化是几何的，则所获取的相位仅取决于所执行的路径的几何形状，并且对于某些类型的错误是鲁棒的。这种现象导致了固有的容错量子计算。在这里，我们提出了一种技术，使用非绝热几何相位的量子计算，使用选择性激发。在一个双量子比特系统中，我们选择性地演化出一个合适的子系统，其中控制量子比特处于态|1>，通过闭合电路。通过这种演变，目标量子位获得由控制量子位的状态控制的相位。使用这些几何相位门，我们演示了Deutsch-Jozsa算法和Grover的搜索算法在两个量子比特系统中的实现。
2005-03-03 quant-ph
Spectral implementation of some quantum algorithms by one- and two-dimensional nuclear magnetic resonance
量子信息处理已经通过核磁共振在少量的量子比特上得到了有效的证明。在任何计算中，一个重要的子程序是输出的读出。"光谱实施“最初由Z.L.马迪河Reichweiler和R.R. Ernst [J. Chem. Phys. 109，10603（1999）]提供了一种使用额外的“观察者”量子位的优雅的读出方法。在计算结束时，观察者量子位的检测通过其光谱的多重态结构提供输出。在通过二维实验的“谱实现”中，观察者量子比特在计算期间保留输入状态的记忆，从而在相同的谱中提供关于输入和输出的相关信息。Grover的搜索算法，近似量子计数，Berstein-Vazirani问题的修改版本和Hogg算法的“光谱实现”在这里在三个和四个量子比特系统中演示。
2005-03-10 quant-ph
Fault-tolerant quantum speedup from constant depth quantum circuits
量子计算领域中的定义特征是量子设备在特定计算任务中优于其经典对应物的潜力。到目前为止，有几个建议表明，某些采样问题可以有效地进行量子，但不可能有效地经典，假设在复杂性理论中有很强的约束力。这一特性被称为量子加速。然而，噪声对这些提议的影响通常还没有得到很好的理解，并且在某些情况下，已知简单的噪声可以破坏量子加速。在这里，我们开发了一个容错版本的一个家庭，这些采样问题，我们可以实现使用恒定深度的量子线路。我们提出了两种结构，每一个采取$poly(n)$物理量子位，其中一些准备在嘈杂的魔术状态。第一种是由四维空间中的单量子比特和双量子比特最近邻Clifford门组成的等深度量子线路。该电路在最终测量之前与经典计算机进行一层交互。我们的第二个结构是一个恒定深度的量子线路，在三维空间中具有单个和两个量子比特的最近邻Clifford门，但在最终测量之前与经典计算机进行两层交互。对于每一个这些建设，我们表明，没有经典的算法，可以根据其输出分布在$poly(n)$时间采样，假设两个标准的复杂度理论的approximately。我们假设的噪声模型是所谓的局域随机量子噪声。在此过程中，我们引入了各种新概念，如恒定深度魔态蒸馏（MSD）和恒定深度输出路由，这些概念在基于测量的量子计算（MBQC）中自然出现，但在电路模型中没有恒定深度模拟。
2020-05-30 quant-ph
Multiple Round Quantum Dense Coding And Its Implementation Using Nuclear Magnetic Resonance
提出了一种基于量子相位估计算法的多轮量子密集编码方案。使用$m+1$量子比特系统，Bob可以通过仅操纵一个量子比特并在Alice和Bob之间交换$m$轮来向Alice发送$2^{m+1}$消息。信息容量被增强到$m+1$比特。我们已经在一个三量子比特的核磁共振（NMR）量子计算机中实现了这个方案.实验结果表明理论与实验结果吻合较好。
2004-07-14 quant-ph
Nuclear magnetic resonance spectroscopy with a superconducting flux qubit
从理论上分析了超导磁通量子比特（FQ）的核磁共振（NMR）谱性能。这种具有FQ的NMR是有吸引力的，因为可以在低温（$\sim$ mK）和低磁场（$\sim$ mT）的局部区域（$\simμ$ m）中检测相对少量的核自旋，其中其他类型的量子传感方案不能容易地访问。含有核自旋的样品直接附着在FQ上，并且FQ用作磁力计以检测来自核自旋的磁场。特别地，我们考虑了两种类型的方法与FQ的NMR。其中之一是利用空间非均匀的核自旋激发，这是由空间非对称的射频~（RF）脉冲驱动引起的。这种不均匀性导致穿过FQ的环路的DC磁通量的变化，这可以通过对FQ的标准Ramsey测量来检测。另一种方法是在FQ上使用动态解耦来测量由核自旋的拉莫尔进动引起的交流磁场。在这种情况下，既不需要自旋激发也不需要自旋极化，因为信号来自核自旋的波动磁场。利用实验上可行的参数计算了FQ的最小可探测核自旋密度（数）。我们表明，这些方法的最小可检测密度（数）的核自旋是约$10^{21}$ /cm $^3$（$10^8$）的积累时间为一秒。
2019-06-18 quant-ph
