Evidence for coherent collective Rydberg excitation in the strong blockade regime
单量子层面上的封锁效应是单电子晶体管等量子器件的核心。阻断机制基于强相互作用，如单电子情况下的库仑相互作用。激发到里德伯态的中性原子经历异常的强相互作用，导致相应的里德伯原子的阻塞效应。在本文中，我们报告了我们的测量一个强大的范德华封锁，表明只有一个封锁体积内的几千个原子可以被激发。此外，我们的实验结果表明，磁捕获的超冷原子到里德堡态的激发的相干性，确认预测的集体拉比频率对介观系统尺寸的平方根的依赖性。这种集体相干行为对于所有只能携带一个激发量子的介观系统是通用的。
2007-06-19 quant-ph
Quantifying the impact of state mixing on the Rydberg excitation blockade
里德伯激发阻断是最近一系列令人印象深刻的成就的核心;然而，状态混合相互作用可能会损害其效率。当超冷原子被激发到Förster共振附近的Rydberg态时，在激发后的几十ns内，可以发现多达$\sim 50\%$的原子处于偶极耦合产物态.关于这种混合发生的机制，文献中存在分歧。我们使用状态选择场电离光谱测量，在一个镜头的基础上，在窄带激光激发过程中填充的里德堡态的分布。我们的方法使我们能够确定每个混合事件增加的额外里德堡激发的数量，并量化状态混合“打破”封锁的程度。对于超冷铷原子到$nD_{5/2}$态的激发，我们发现除了近精确的Förster共振外，混合符合三体过程。
2022-09-01 physics.atom-ph quant-ph
Dipole Blockade and Quantum Information Processing in Mesoscopic Atomic Ensembles
我们描述了一种操纵存储在介观系综集体态中的量子信息的技术。量子处理是通过光激发到具有强偶极-偶极相互作用的状态来完成的。由此产生的“偶极阻断”可以用来抑制跃迁到除了单激发集体状态之外的所有状态。这可以用于集体原子自旋态以及非经典光子态的受控生成，以及用于可扩展的量子逻辑门。一个例子涉及冷里德伯气体进行了分析。
2000-11-07 quant-ph
Anisotropic Interactions in Electric Field Polarized Ultracold Rydberg Gases
我们计算了在恒定电场中相互作用里德伯原子的对势曲线，并利用它们确定了有效的$C_3$偶极-偶极和$C_6$范德华系数。我们比较的$C_3$和$C_6$与实验中的极化电场的角度是不同的准一维陷阱在超冷温度的轴。通过原子极化产生的偶极具有依赖于角度的偶极-偶极相互作用。我们研究了两个处于$50S_{1/2}$态的里德伯原子在封锁区的相互作用势。对于接近封锁半径$R_{bl} \approx 4 - 6\,μ$ m的核间距，分子计算与实验结果的一致性要比基于单原子性质的计算和用于分析原始实验的$C_3$和$C_6$的独立计算好得多.我们发现，计算的$C_6$系数是在$8\%$的实验值，而$C_3$系数是在$20\%$的实验值。
2019-06-21 physics.atom-ph quant-ph
Rydberg Quantum Gates Free from Blockade Error
精确的量子门是构建量子计算机的基本要素。利用里德伯原子的阻塞效应设计量子逻辑门近年来引起了人们极大的兴趣。然而，这些门的保真度和操作速度从根本上受到固有封锁误差的限制。本文提出了一种基于里德堡封锁效应的无封锁误差的量子门。与以往方案中的“阻塞”方法不同，我们利用Rydberg能量位移实现了一个有理广义Rabi频率，从而使门的一个输入态出现一个$π$相位。这导致精确的里德伯量子逻辑门可以在0.1- $μs$时间尺度上或更快地操作，因为它通过与阻断移位相当的拉比频率工作。
2017-06-12 physics.atom-ph quant-ph
Ground-state blockade of Rydberg atoms and application in entanglement generation
利用里德伯反封锁效应和Raman跃迁，提出了两个$N$型里德伯原子之间基态封锁的机制。受量子芝诺效应的启发，强里德伯反封锁相互作用在频繁测量两个基态中的一个时起作用，导致相应量子态的双重占据的封锁效应。通过将逻辑量子比特编码到基态，有效地避免了激发态的自发发射，同时保持了非线性的Rydberg-Rydberg相互作用。作为应用，我们分别在封闭系统和开放系统中详细讨论了利用基态封锁制备两原子和三原子纠缠态的可行性，结果表明，在现有的实验参数下，可以获得高保真度的纠缠态。
2017-12-06 quant-ph
Anisotropic blockade using pendular Rydberg butterfly molecules
我们提出了一个实验，以证明一种新的封锁机制所造成的长程各向异性相互作用的超冷偶极气体组成的最近观察到的“蝴蝶”里德伯分子。在阻断半径下，两个相邻分子之间的强分子间相互作用使它们的分子状态与光缔合激光脱离共振，从而防止它们同时激发。当分子在准一维（Q1D）阱中制备时，相互作用的强度可以通过弱外场来调节。因此，分子密度强烈地依赖于陷阱轴和场之间的角度。可用的里德伯态和分子态提供了广泛的可调谐性。
2017-05-09 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Transport, atom blockade and output coupling in a Tonks-Girardeau gas
最近的实验已经证明了如何在强关联的量子气体中产生量子力学杂质，并用于探测这些系统的相干特性[S。帕尔策角齐普克斯角Sias和M. Köhl，Phys. Rev. Lett. 103，150601（2009）.]。在这里，我们提出了一个唯象模型来模拟这样的输出耦合器的Tonks-Girardeau气体，原子输运和输出耦合的实验结果表明定性协议。我们的模型使我们能够探索超冷量子气体中的非平衡输运现象，并使我们预测原子封锁的制度，其中杂质成分变得本地化的母云，尽管存在重力。我们表明，这提供了一个稳定的混合物种的量子气体在强关联的限制。
2011-06-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
String order in dipole-blockaded quantum liquids
研究了准一维晶格模型的量子熔化，其中主导能量标度由排斥偶极相互作用给出。通过构建一个有效的低能量理论，我们表明，熔化的晶相可以发生成两个不同的液相，具有相同的密度-密度相关的代数衰减，但表现出不同的非本地关联函数表示字符串顺序。我们提出了可能的实验实现使用超冷原子和分子，介绍了基于共振驱动的里德伯原子，提供额外的好处相比，弱混合的里德伯态的实施。
2015-02-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Coherent Excitation of Rydberg Atoms in Thermal Vapor Microcells
介观原子系综的相干控制和里德伯原子的阻塞是可积门和单光子源等量子器件的基础。到目前为止，实验进展仅限于使用超冷原子的复杂实验装置。在这里，我们表明，相干里德伯原子光谱在微米大小的热蒸气室的相干时间为100纳秒是可以实现的。我们研究了主量子数在30到50之间的态。我们的研究结果表明，在100- 300 ℃温度范围内，尺寸约为阻塞半径~ 2 μ m的微胞是研究低维强相互作用里德堡气体、构造量子门和单光子源的理想材料.
2009-08-03 quant-ph
Dipole blockade in a cold Rydberg atomic sample
本文综述了冷里德伯原子组合体中相互作用的研究进展。我们更特别地关注偶极-偶极相互作用和激光里德堡激发中偶极封锁的影响，这为量子工程提供了有吸引力的可能性。我们首先介绍了里德伯原子之间的各种相互作用。这样一个组件的激光里德伯激发，然后描述与偶极封锁现象的介绍。我们报道了最近在这个问题上进行的实验，从一对原子的情况下，允许纠缠的波函数的原子和打开一个迷人的方式实现量子比特和量子门。然后，我们考虑几个工程的封锁效应在一个大的组装的原子为三种不同的配置：封锁通过电场诱导偶极子，通过Förster共振和范德华相互作用。分析了相干性和协同性的性质。最后，我们处理的作用，负责潘宁电离的里德伯原子之间的偶极-偶极相互作用。讨论了离子对偶极阻塞的扰动和里德堡向超冷等离子体的演化。
2010-06-03 physics.atom-ph quant-ph
Valley blockade quantum switching in Silicon nanostructures
类比库仑和泡利自旋阻塞，分别基于静电排斥和泡利不相容原理，探讨了硅纳米结构中谷阻塞的概念。定义了谷宇称算子。量子输运过程中谷组分本征矢的宇称守恒决定了谷阻塞。提出了一种基于三个施主量子点的硅量子转换开关，其能够凭借谷宇称守恒分离具有相反谷宇称的电子。量子转换开关是一种新型的基于量子混合的经典逻辑器件。
2012-03-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Robust quantum logic in neutral atoms via adiabatic Rydberg dressing
我们研究了一种基于Rydberg封锁机制在两个中性原子量子比特之间实现受控Z（CZ）门的方案，该方案对原子运动引起的误差具有鲁棒性。通过对基态电子态进行绝热修整，我们可以防止由于原子热运动而产生的随机相位误差引起的门的退相干。此外，绝热协议允许无多普勒配置，其涉及$σ_+/σ_-$正交偏振几何结构中的反向传播激光器，这进一步减少了由于多普勒频移引起的运动误差。当阻断不完全时，双激发里德伯原子的偶极-偶极力对剩余运动误差起主导作用。对于合理的参数，量子比特编码到$^{133}$ Cs的时钟状态中，我们预测我们的协议可以在$<10$ $μ$ s中产生一个CZ门，错误概率为$10^{-3}$的数量级。
2015-02-23 quant-ph
Non-adiabatic preparation of spin crystals with ultracold polar molecules
研究了强相互作用极性分子在光晶格中有序结构的生长动力学。利用偶极阻断微波激发，我们映射到一个相互作用的自旋1/2模型拥有基态与晶体顺序的系统，并描述了一种方法来制备这些国家之间的非磁性驱动分子旋转能级的转变。所提出的技术绕过了需要跨越相变，并允许创建有序域的大小相当大的方法相比，依赖于绝热制备。
2012-06-21 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Thermal-dephasing-tolerant generation of Schrödinger cat states with Rydberg dressed blockade
本研究提出基于里德堡缀饰原子的抗热退相介观纠缠态生成方案，将逻辑态编码在缀饰态上，使多体纠缠相干寿命提升至里德堡态编码的约3倍，为大规模量子计算与多体里德堡量子模拟提供理论支撑。
2023-10-06 quant-ph
Accurate Quantum Logic Gates by Spin Echo in Rydberg Atoms
可扩展的量子计算基于可实现的精确量子门。对于中性原子而言，设计一个高保真度的双量子比特纠缠门，而不诉诸于诸如整形激光脉冲或将原子冷却到运动基态等困难技术，是一个突出的挑战。利用自旋回波抑制封锁误差，提出了一种易于实现的高本征保真度相位可控里德堡量子门。在自旋回波的背景下，我们表明，传统的里德堡门的基本封锁错误，$ε\sim10^{-3}$的顺序，实际上是从两个"顺时针"旋转拉比频率$\barΩ_\pm=V\pm \sqrt{V^2+Ω^2}$的结果。在我们的"回声"序列中，通过增加两个具有频率$-\barΩ_\pm$的"反方向"旋转，可以将这样的误差抑制到$ε^2$的量级。随着阻塞误差的有效消除，由里德伯态衰减引起的误差成为门精度的最终基本限制，原则上，可以将其降低到$10^{-5}$的水平以上。此外，由于在"回波"过程中涉及的少量$ε$，自旋回波门对于由量子比特的漂移引起的里德堡阻塞的变化是鲁棒的，使得即使对于仅冷却到亚mK状态的量子比特，它仍然可以比传统的里德堡门精确得多。
2018-09-05 physics.atm-clus quant-ph
Orbital excitation blockade and algorithmic cooling in quantum gases
当受限少体系统中的强相互作用阻止粒子占据否则可到达的量子态时，发生相互作用阻断。封锁现象揭示了量子系统的潜在颗粒性质，并允许检测和操纵组成粒子，无论它们是电子，自旋，原子还是光子。从基于电子库仑阻塞的单电子晶体管到里德伯原子中的量子逻辑门，其应用范围非常广泛。在光晶格中，我们观察到一种新的相互作用阻塞，即超冷原子在轨道间的转移。在这个系统中，原子在相同的晶格位置进行相干碰撞所描述的接触相互作用的强度强烈依赖于原子的轨道波函数。我们诱导相干轨道激发通过调制的晶格深度和观察阶梯型的激发行为，因为我们通过调谐调制频率跨越相互作用分裂共振。作为轨道激发阻断（OEB）的应用，我们提出了一种新的量子气体冷却算法。我们实现的算法冷却利用了一系列可逆的基于OEB的量子操作，这些操作将熵隔离在系统的一部分中，然后是一个不可逆的步骤，从气体中去除熵。这项工作打开了将量子气体冷却到超低熵的大门，并对发展可以在光晶格中模拟的强关联电子系统的微观理解产生了影响。此外，OEB和里德伯原子中的偶极阻塞之间的密切相似性为在具有自然可扩展性的量子计算架构中实现双量子比特门提供了路线图。
2011-10-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Rydberg interaction induced enhanced excitation in thermal atomic vapor
本文给出了热原子蒸气中里德伯激发或里德伯反阻塞相互作用诱导增强的实验演示。我们利用光外差探测技术测量了双光子激发到里德堡态的里德堡布居数。观察到了不满足双光子共振条件的反阻塞峰，同时观察到了通常的双光子共振峰，这不能用无相互作用的三能级原子系统模型来解释。利用三能级原子系统的缀饰态，建立了一个热原子汽态的双原子相互作用模型，解释了实验观测。一个非线性的依赖性的蒸汽密度观察到的反封锁峰，也随着增加的Rydberg态的主量子数。一个很好的协议之间的实验观察和建议的相互作用模型。我们的结果暗示了在热原子蒸气中使用里德伯反阻塞的量子逻辑门的可能应用。
2017-10-16 quant-ph
The role of Coulomb anti-blockade in the photoassociation of long-range Rydberg molecules
我们提出了一种新的机制，有助于通过脉冲场电离的光缔合长程里德伯分子的检测：离子的产品，创建一个长程里德伯分子的衰变，修改周围的基态原子的激发光谱，并促进进一步的原子激发到里德伯态的光缔合光。这种离子介导的激发机制以前被称为“库仑反封锁”。脉冲场电离通常不区分长程里德伯分子和孤立的里德伯原子的电离，因此通过这种机制检测到的原子离子的数量与探针体积中存在的长程里德伯分子的数量不成比例。结合铯原子稠密超冷气体的高分辨率紫外和射频光谱、铯原子nP_3/2里德堡态下束缚的长程里德堡分子的分子水平结构的理论模型以及光缔合和衰变过程的速率模型，我们明确地确定了这种检测机制在长-里德堡分子束缚在原子渐近线以下，斯塔克位移为负。
2022-11-09 physics.atom-ph quant-ph
Single-Operation Rydberg Phase Gates via Dynamic Population Suppression
DEVCOM Army Research Laboratory（DEVCOM陆军研究实验室）；Department of Physics, Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院物理系）；Departamento de Química Física, Universidad Complutense（康普鲁顿大学物理化学系）
该研究提出了一种基于动态人口抑制的Rydberg相门技术，实现了任意阻塞强度下的高保真纠缠相门，为量子计算提供了新的实现路径。
2025-12-23 quant-ph
Low-entropy arrays of microwave-shielded molecules prepared by interaction blockade
Institute for Molecules and Materials, Radboud University（鲁道夫大学分子与材料研究所）；Department of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）；James Franck Institute and Department of Physics, The University of Chicago（芝加哥大学詹姆斯·弗兰克研究所和物理系）
通过相互作用阻塞技术，实现微波屏蔽分子在运动基态的高保真度单分子制备，为大规模极性分子阵列在量子计算和精密测量中应用奠定基础。
2026-02-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum gates in mesoscopic atomic ensembles based on adiabatic passage and Rydberg blockade
我们提出了绝热通道中的几何相位补偿方案，该方案可用于实现由任意数量的强相互作用原子组成的原子系综的量子逻辑门。分析了使用受激拉曼绝热通过（STIRAP）或绝热快速通过（ARP）脉冲的双序列的协议。在两个STIRAP序列之间切换失谐的符号，或反转两个ARP脉冲之间的相位，提供了具有良好定义的幅度和相位的状态转移，其独立于里德伯阻断机制中的原子数。使用这些脉冲序列，我们提出了通用的单量子比特和两个量子比特的操作在原子系综包含一个未知数量的原子协议。
2013-05-20 physics.atom-ph quant-ph
Schemes for robust quantum computation with polar molecules
我们建议使用一种新的平台-超冷极性分子-用于具有可切换相互作用的量子计算。通/断开关是通过选择性地将“0”或“1”量子比特之一--长寿命的分子状态--激发到具有显著不同的偶极矩的“激发”分子状态来实现的。我们描述了各种方案的基础上，通过光学，微波，或电场的选择性激发基态和激发态之间的偶极相互作用的切换。我们还推广的计划，以利用偶极封锁机制时，偶极相互作用非常强。这些方案可以在最近提出的几种架构中实现。
2006-06-19 quant-ph
An echo experiment in a strongly interacting Rydberg gas
当基态原子被激发到里德伯态时，原子间的范德华相互作用会导致原子激发的强烈抑制。尽管存在强相互作用，但这种演化仍然可以通过激发激光场中的简单相移来逆转。我们实验证明了在强封锁制度的激发的相干性，通过施加一个“光学旋转回波”技术的磁捕获的超冷原子的样品，类似于一个已知的方法从核磁共振。我们还测量了由于里德伯原子之间的相互作用而引起的退相时间。
2007-10-22 quant-ph
Two-qubit controlled-PHASE Rydberg blockade gate protocol for neutral atoms via off-resonant modulated driving within a single pulse
中性原子阵列是研究量子逻辑门的理想平台，人们一直致力于提高双量子比特逻辑门的保真度。我们报告了我们最近的研究结果，在构建一个不同类型的两个量子比特控制相位量子门协议与中性原子启用里德堡封锁，其目的是在鲁棒性和高保真度。它依赖于调制的驱动脉冲与特殊定制的平滑波形，以获得适当的相位积累的量子门。其主要特点包括在单个脉冲内完成门操作，不需要单独的位置寻址，对封锁移位的精确值不敏感，同时抑制了布居泄漏误差和旋转误差。在考虑原子运动、激光功率波动、功率不平衡、自发发射等误差的情况下，我们期望该协议具有较高的保真度，并希望该协议能在其他量子比特平台的量子门设计和量子最优控制的其他领域中产生新的应用.
2019-10-18 physics.atom-ph quant-ph
Pulsed excitation of Rydberg-atom-pair states in an ultracold Cs gas
用脉冲激光激发稠密超冷Cs蒸气，研究了Cs原子激发到主量子数在$n=22-36$范围内的$n$ p $_{3/2}$ Rydberg态时的相互作用.观察到对应于里德伯原子对态激发的分子共振，其不仅与$n$ p $_{3/2}+n$ p $_{3/2}$解离渐近线相关，而且与$n$ s $_{1/2}+(n+1)$ s $_{1/2}$、$n$ s $_{1/2}+n'$ f $_{j}$和$(n-4)$ f $_{j}+(n-3)$ f $_{j}$ $(j=5/2,7/2)$解离渐近线相关。这些对共振被解释为所产生的偶极-偶极，和高阶长程相互作用项的基础上的里德伯原子的i）他们的光谱位置，ii）他们的静态和脉冲电场的响应，和iii）毫米波光谱之间的对状态相关的不同对解离渐近线。发现里德伯原子-对态通过Penning电离自发衰变，并且在初始光激发之后的前10个$μ$期间研究电离过程的动力学。为了解释实验观测结果，一个潜在的模型，推导出的基础上的远程相互作用哈密顿量的本征值和本征函数的数值测定。与此潜在的模型，它不包括可调参数，所有的实验观察可以解释，结果表明，长程相互作用模型提供了一个全球性的和准确的描述相互作用在超冷里德堡气体，他们正确的帐户，并使分析，现象的形成不同的里德堡大二聚体，潘宁电离在致密的里德堡气体，和里德伯激发阻断效应。
2015-09-11 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-Logic Detection of Chemical Reactions
本文提出并演示利用量子逻辑读取辅助逻辑离子运动状态，单次探测超冷铷原子与不可控锶离子间的反应结果及速率，拓展了难冷却离子化学反应研究手段。
2021-07-18 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Ground-state properties of artificial bosonic atoms, Bose interaction blockade and the single-atom pipette
在所有相互作用都是短程相互作用的情况下，我们分析了由排斥玻色子吸引到中心的人造原子的基态性质。这种玻色子原子可以通过光学捕获碱蒸汽的超冷粒子来产生;我们提出了描述它们的性质如何依赖于实验可调强度的“核”吸引力和粒子间排斥力的理论。短程势的束缚能力随着空间维度的增加而增加--在一维中只有有限数量的粒子可以被束缚，而在二维和三维中束缚玻色子的数量可以随意选择。特别是在三维空间中，我们发现了增强共振束缚的不寻常效应：对于不太强的粒子间排斥，束缚在具有足够浅的单粒子态的核势上的玻色子的平衡数随着核势变得不那么有吸引力而无约束地增加。由于玻色统计和粒子间排斥增强了竞争性的核吸引力，原子的基态能量对粒子数的依赖性存在一个极小值，其位置在实验上是可调的。这意味着束缚玻色子的平衡数对外部参数的阶梯依赖性，可以用来创建一个单原子吸管-一种允许原子一次一个地进出容器的安排。
2003-08-05 cond-mat physics.atom-ph quant-ph
Deterministic Universal Logical Gates for Finite-Energy GKP Qubits in Trapped Neutral Atoms
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院罗基尔分校）
该研究提出了囚禁中性原子中有限能量GKP量子比特的通用逻辑门集，采用魔阱条件实现无测量的逻辑控制，基于⁸⁸Sr原子的实验显示门保真度达0.985以上，为相关量子控制提供了可行途径。
2026-09-01 quant-ph
An Invertible All-optical Logic Gate on Chip
本文提出一种基于量子芝诺封锁的芯片可逆全光逻辑门，通过调节脉冲相对到达时间切换控制与信号角色，在1 mW和2 mW峰值功率下分别实现2.4和3.9的功率消光比。
2024-04-30 physics.optics quant-ph
Multimode photon blockade
该研究在9模超导电路QED系统中实现了纯N体多模光子阻塞，可制备多光子Fock态与多模纠缠W态，为多体量子物理研究提供了新平台。
2020-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
On the fidelity of quantum information processing with Rydberg atoms: Role of the non-molecular resonances
超冷原子的里德堡阻塞被认为是实现量子计算的最有前途的工具之一，但其保真度可能会受到邻近原子的有害激发的影响。最近已经针对分子共振的特定情况（即，导致准束缚态的形成）。然而，如本文所示，非分子共振可能产生更大的影响，因此应非常仔细地考虑。
2017-05-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum Information Processing with Trapped Neutral Atoms
量子信息可以使用大量的超冷和被捕获的中性原子来处理，自然地建立在为高精度光谱学和计量学开发的技术基础上。本文回顾了一些最重要的协议，通用量子逻辑与被困中性，以及历史和国家的最先进的实验工作，以实现这些在实验室中。一些一般性的意见，关于不同的策略，量子比特编码，运输和相互作用，包括退相干率和twoqubit门错误的可能性之间的权衡。在设计一个通用的中性原子量子处理器之前，必须通过进一步改进逻辑协议和捕获技术来解决这些权衡。
2004-04-08 quant-ph
Optical Properties of Collective Excitations for Finite Chains of Trapped Atoms
共振偶极-偶极相互作用改变了光晶格中有限一维超冷原子链的电子激发能量和衰减速率。我们发现，集体激发态的原子链可以分为暗模式和亮模式，其中具有增强的集体有效偶极子的超辐射模式占主导地位的光学散射。研究不同长度和位置的两个链段的一般情况下，表现出相互作用的封锁和空间结构的光发射。最终，一个扩展的系统的几个干扰段模型的长链随机分布的空位缺陷。相应的发射模式提供了一个敏感的工具来研究系统的结构和动力学性质。
2011-06-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
Symmetric $C_Z$ gate for ultracold neutral atoms based on counterdiabatic driving at Rydberg excitation
Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS（拉扎诺夫半导体物理研究所西伯利亚分院）；Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）；Institute of Laser Physics SB RAS（激光物理研究所西伯利亚分院）；Division of Precision Measurement Physics, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉物理与数学研究所精密测量物理研究室）
本文提出一种基于对称双序列亚阿哈洛夫脉冲的中性原子Rydberg阻塞C_Z门方案，通过反常驱动减少量子门操作时间，实现高保真度纠缠门。
2026-10-02 physics.atom-ph quant-ph
An Orbit-qubit Quantum Processor of Ultracold Atoms
本文提出一种结合轨道量子比特编码与内部态的超冷原子光晶格量子处理器，实现空间选择性操作与并行控制，并实验生成和验证123个轨道量子比特的二维团簇态纠缠及逻辑门操作，为可扩展量子计算开辟新路径。
2025-09-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Wireless network control of interacting Rydberg atoms
我们确定的超冷里德伯气体的原子经历了强烈的偶极封锁和自发发射，和一个随机过程，某些无线随机接入网络模型的动态之间的关系。然后，我们将最初为这些无线网络开发的见解和技术转移到里德伯气体领域，并解释如何使用我们对无线网络的理解将里德伯气体驱动成晶体。最后，我们提出了一种方法来确定拉比频率（激光强度），使粒子在里德伯气体激发指定的目标激发概率，提供控制混合态人口。
2014-04-30 cond-mat.quant-gas math.OC quant-ph
Quantum-noise quenching in atomic tweezers
从理论上研究了从超冷玻色子储层中提取单个原子或分子的效率，该效率是基于激光的协议，将原子形成凝聚体的超精细状态耦合到另一个稳定状态，在该状态下，原子在碰撞封锁制度中经历紧势，即量子镊子。到紧阱的单原子基态的转移效率从根本上受到凝聚体的集体模式的限制，这些模式是热激发和动态激发的。对于足够长的激光脉冲，由于这些激发而产生的噪声可以被抑制，从而实现高效率。这些结果表明，该方案可以应用于中性原子的镊子阱量子寄存器的初始化。
2011-04-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
Preferred Interaction Ranges in Neutral-Atom Arrays in the Presence of Noise
在量子处理设备上成功执行量子信息处理（QIP）任务取决于高质量纠缠门的可用性。任何纠缠门的设计和实现的两个重要目标是低错误率和高连通性。前者最大限度地减少了在应用该门期间对量子态的意外扰动，而后者最大限度地增加了可以直接相互作用的量子位集，而无需通过中间量子位重新映射QIP任务-这一步骤可能需要许多额外的门。不幸的是，这些目标有时会发生冲突，需要仔细权衡。在这项工作中，我们研究的权衡在二维（2D）阵列的中性原子通过两个量子比特门介导的里德堡封锁效应的相互作用。与2D阵列上的里德伯介导门相关的连接性受到里德伯阻断移位的强度的限制，其随距离衰减。虽然改善连接性的一个常见策略是使用具有更大偶极矩的里德伯能级，但这样做也会使原子更容易受到电场噪声的影响。在这里，我们模拟各种逻辑QIP操作的性能，在现实的噪声源和各种里德伯电平，以评估连接与门误差的权衡。我们发现，在许多噪音制度，一个首选的相互作用范围内出现，最好满足权衡。虽然确切的最佳交互范围密切依赖于原子实现的细节，我们提出了简单的缩放参数，具有广泛的适用性，应告知未来的硬件和编译器设计的选择。
2022-09-19 quant-ph
Dipolar Exchange Quantum Logic Gate with Polar Molecules
我们提出了一个双量子位门的基础上偶极交换相互作用的可寻址的超冷极性分子在一个阵列的光学偶极陷阱。我们的建议将$^1Σ^+$分子NaCs的全部哈密顿量，利用一对核自旋态作为存储量子位。具有旋转-超精细耦合的第三旋转激发态使得两个分子之间的可切换偶极交换相互作用能够产生iSWAP门。所有三种状态对外部磁场和电场不敏感。由于耦合到其他分子状态，不完善的基态冷却，黑体辐射和真空自发发射的影响是小的，导致潜在的保真度以上$99.99~\%$在相干量子系统，可以通过纯光学手段缩放。
2018-07-31 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Entangling Atomic Spins with a Strong Rydberg-Dressed Interaction
控制多体系统各部分之间的量子纠缠是释放量子信息处理能力的关键，用于量子计算、高精度传感和多体物理模拟等应用。超冷中性原子在其基态电子状态下的自旋自由度提供了一个自然的平台，因为它们的相干时间很长，我们有能力用磁光场控制它们，但是在自旋之间产生强相干耦合一直是一个挑战。我们证明了一个里德伯打扮的基态封锁，提供了一个强大的可调相互作用能量（$\sim$ 1 MHz的普朗克常数的单位）之间的自旋单独捕获的铯原子。利用这种相互作用，我们直接在两个原子之间产生了贝尔态纠缠，保真度为$\geq$ 81（2）%，不包括原子损失事件，$\geq$ 60（3）%时，包括损失。
2016-01-05 physics.atom-ph quant-ph
Optical $π$ Phase Shift Created with a Single-Photon Pulse
确定性光子-光子量子逻辑门是一个长期的目标。如果只包含一个光子的光脉冲在另一个光场上印上了$π$的相移，那么建造这样一个门就成为可能。在这里，我们实验证明了这样的$π$相移与单光子脉冲的产生。平均包含少于一个光子的第一光脉冲被存储在原子气体中。里德伯阻塞与电磁感应透明相结合，为通过介质传播的第二光脉冲产生相移。在探测到第一个脉冲的光子后，我们测量第二个脉冲的$π$相移。这证明了光子-光子门的关键一步，并在量子信息处理领域提供了各种应用。
2016-04-29 quant-ph
Analysis of heralded higher-fidelity two-qubit entangling gates with self-correction
本文提出了一种基于自纠错和投影的 heralded 超高保真度 Rydberg blockade Controlled-PHASE 门，通过 PT 变换对称性处理实验不完美性，可将双量子比特门误差降至 $10^{-4}$--$10^{-6}$ 水平。
2025-01-24 cs.AR physics.atom-ph quant-ph
Quantum Spin Liquid State of a Dual-Species Atomic Array on Kagome Lattice
Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院萨日诺夫半导体物理研究所）；Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）；Institute of Laser Physics SB RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院激光物理研究所）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）
本研究理论探究在Kagome晶格的双物种原子阵列可编程量子模拟器上，通过“扫描-保持-扫描”协议结合里德伯阻塞，实现具有拓扑序的量子自旋液体态的条件与相关特性。
2026-08-03 quant-ph
Universal quantum logic in hot silicon qubits
量子计算需要许多量子比特，这些量子比特可以被相干控制并相互耦合。使用光刻技术定义的量子位通常被认为是有前途的可扩展性平台，因为它们可以使用半导体制造技术实现。然而，领先的固态方法仅在低于100 mK的温度下起作用，其中冷却能力极其有限，这严重影响了实际量子计算的前景。最近对硅中自旋的研究表明，通过展示长自旋寿命、基于门的自旋读出和相干单自旋控制，可以在更高温度下操作的平台已经迈出了一步，但关键的两个量子位逻辑门一直缺失。在这里，我们证明了硅量子点可以具有足够的热鲁棒性，以实现高于1开尔文的通用门设置的执行。我们通过电子自旋共振（ESR）和泡利自旋封锁读出获得单量子比特控制。我们展示了两个量子比特的单独相干控制，并测量了高达99.3%的单量子比特的相干性。我们展示了从0.5到18 MHz的两个自旋之间的交换相互作用的可调谐性，并使用它来执行相干双量子比特控制旋转（CROT）。在半导体平台上演示“热”和通用量子逻辑为量子集成电路铺平了道路，量子集成电路将量子硬件及其控制电路全部托管在同一芯片上，为实用量子信息提供了可扩展的方法。
2019-10-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interaction enhanced imaging of individual atoms embedded in dense atomic gases
我们提出了一种新的全光学方法来成像致密的原子气体中的单个原子。该方案利用相互作用引起的高度极化的激发态，这可以通过电磁诱导的透明共振空间解决的位移。我们特别关注里德伯原子嵌入超冷气体的基态原子的强相互作用多体态成像。使用一个现实的模型，我们表明，它是可能的图像个别杂质原子增强灵敏度和高分辨率，尽管光子散粒噪声和原子密度波动。这种新的成像方案非常适合于涉及强相互作用原子的复杂多体现象的平衡和动力学研究。作为一个例子，我们研究了阻塞效应和相关性的里德伯原子的光激发从致密气体中的分布。
2011-06-27 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Adiabatic passage of radiofrequency-assisted Forster resonances in Rydberg atoms for two-qubit gates and generation of Bell states
高保真纠缠Bell态是量子物理中的一个重要研究对象。超冷中性原子在两个空间分离的光偶极阱中的纠缠对于实现量子计算和量子模拟以及研究物质的Bell态具有重要意义。提出了一种利用长程里德伯-里德伯相互作用实现双原子纠缠的新方法。替代以前的方法，基于里德伯封锁，我们考虑射频辅助斯塔克调谐的Förster共振Rb里德伯原子。为了降低Bell态的保真度对原子间距离涨落的敏感性，我们提出了在射频辅助的斯塔克调谐Förster共振中使用双绝热通道，这将导致两原子态的确定性相移.
2017-10-12 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Rydberg atomtronic devices
本文受物质波原子电子学启发，利用反阻塞或促进机制控制里德伯激发动力学，设计了开关、二极管和通用逻辑门，实现更快、抗噪的量子器件，有望增强量子信息处理器和模拟器。
2024-09-16 cond-mat.quant-gas quant-ph
Interactions and charge transfer dynamics of an Al$^+$ ion immersed in ultracold Rb and Sr atoms
基于Al $^+$离子和激光冷却的碱土金属离子共振冷却的原子钟达到了前所未有的精度。在这里，我们从理论上研究的相互作用和电荷转移动力学的Al $^+$离子浸没在超冷气体的Rb和Sr原子。采用耦合团簇和多参考组态相互作用方法，在Rb和Sr原子的小核能量一致赝势中考虑标量相对论效应，计算了（Al+Rb）$^+$和（Al+Sr）$^+$离子-原子系统的势能曲线和跃迁电偶极矩.还报道了长程相互作用系数。我们使用电子结构数据来研究冷碰撞和电荷转移动力学。Al $^+$离子与碱金属或碱土金属原子的散射由一条势能曲线控制，而电荷转移可以导致由相对论自旋轨道耦合混合的几个电子态。我们研究的分支比的相互作用的短期和长期的影响，以及激光场控制和形成的分子离子的前景。我们建议采用原子钟跃迁的Al $^+$离子监测离子原子散射动力学通过量子逻辑光谱。这些结果为碱金属和碱土金属以外的原子离子在离子-原子冷杂化实验中的应用奠定了基础。
2021-02-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Single-atom demonstration of quantum Landauer principle
信息处理的突出挑战之一是在执行逻辑运算时有效地抑制能量消耗。朗道原理在删除一个经典的信息位时设置了能量约束。虽然人们已经尝试从实验上接近朗道原理限制的基本极限，但从纯量子力学的角度探索朗道原理仍然是一个悬而未决的问题。利用被捕获的超冷离子，我们实验证明了量子版本的Landauer原理，即，与信息擦除的能量成本相关联的等式结合相关联的量化环境的熵变化。我们的实验研究证实了信息热力学和信息处理的量子候选系统之间的密切联系。
2018-03-28 quant-ph
Fast entangling quantum gates with almost-resonant modulated driving
本文提出并分析了基于近共振调制驱动（ARMD）的纠缠量子门，揭示了其与失谐调制驱动在共振条件与物理机制上的差异，为构建高速高保真量子逻辑门提供了新方案。
2024-02-09 quant-ph
Sub-Poissonian statistics of Rydberg-interacting dark-state polaritons
在量子水平上连接光和物质是现代原子和光学物理学的核心，并使涉及操纵单光子和原子的新量子技术成为可能。一个典型的原子-光界面是电磁感应透明，其中量子干涉产生光子和原子的混合态，称为暗态极化激元。我们已经观察到个别的暗态极化激元，因为他们通过一个超冷原子气体涉及里德堡态传播。里德伯原子之间的强长程相互作用对暗态极化激元产生了有效的相互作用阻断，导致了较大的光学非线性和修正的极化激元数统计.观测到的统计涨落远低于量子噪声极限，表明由强相互作用修改的光子关联对里德伯原子统计有显著的反作用。
2013-05-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Neutral Atom Quantum Computing: Principles, Routes, Progress, and Challenges
Information Engineering University（信息工程大学）
本文系统综述中性原子量子计算的原理、主流技术路线与2000至2026年的国内外进展，分析其核心瓶颈，为该领域研究与技术发展提供系统性参考。
2026-08-11 quant-ph
Fault-Tolerant Stabilizer Measurements in Surface Codes with Three-Qubit Gates
本研究展示了使用三量子比特门和单辅助量子比特实现表面码容错稳定器测量，显著降低逻辑错误率并提高容错阈值。
2025-06-10 quant-ph
