Pulse-controlled quantum gate sequences on a strongly coupled qubit chain
我们提出了一个选择性的动态解耦方案上的永久耦合的量子位链与XX型相互作用，这是能够动态抑制链中的任何耦合，通过施加序列的本地脉冲的个人量子位。我们证明，高保真的单和双量子位门可以通过这个过程来实现，并且可以通过单独的脉冲控制来实现门的序列。我们讨论了我们的模型的适用性和物理限制，特别是强耦合超导磁通量子比特。由于动态修改通量量子位之间的耦合具有挑战性，因此它们是我们方法的自然候选者。
2015-10-16 quant-ph
Non-Perturbative Entangling Gates between Distant Qubits using Uniform Cold Atom Chains
我们提出了一种新的快速可扩展的方法，通过利用均匀链中的无色散传播来实现网络中任意距离量子比特之间的两个量子比特纠缠门。这是通过在量子位和由非工程化的相互作用量子位链形成的总线之间切换强相互作用来动态地实现的。门的质量与量子位间隔非常有效地成比例。令人惊讶的是，耦合的突然切换是不必要的，并且我们的门机制不会被可能的逐渐切换改变。总线也自然地复位到其初始状态，使得在每次应用门之后不需要复杂的复位过程。此外，我们提出了一个可能的实验实现中的冷原子被困在光晶格和近场菲涅耳陷阱势，这都是目前的技术。
2011-04-05 quant-ph
Modular magnetic field on the z-direction on a chain of nuclear spin system and quantum Not and Controlled-Not gates
我们研究了一维固体核自旋链系统中单个量子比特的旋转和受控非门的模拟，该系统通过与z方向磁场的模分量的Ising型相互作用进行弱相互作用，其特征为$B_z(z,t)=Bo(z)\cosδt$ .这些量子比特受到电磁脉冲的影响，这些电磁脉冲决定了一个或两个量子比特系统中的跃迁。我们使用保真度参数来确定作为频率参数$δ$的函数的非（N）门和受控非（CNOT）门的性能。我们发现，对于$|δ|\le 10^{-3} MHz$，这些门仍然具有良好的保真度。
2012-03-02 quant-ph
Numerical simulation of a Controlled-Controlled-Not (CCN) quantum gate in a chain of three interacting nuclear spins system
我们提出了一个量子控制-控制-非门的研究，实现在一个链的三个核自旋弱伊辛相互作用之间的所有这些，也就是说，考虑到第一和第二邻居自旋相互作用。该实现是在系统的初始状态（数字和叠加）上使用单个谐振$π$脉冲来完成的。保真度参数用于确定CCN量子门作为第二近邻相互作用耦合常数与第一近邻相互作用耦合常数之比（$J'/J$）的函数的行为。我们发现，对于$J'/J\ge 0.02$，我们可以有一个定义良好的CCN量子门。
2006-08-28 quant-ph
An exact effective two-qubit gate in a chain of three spins
我们证明了一个有效的两量子比特门可以从一个链中的三个自旋的自由演化与最近邻XY耦合，没有本地操作。这个门作用于两个远程自旋，并保持中介自旋不变。它可以用来完美地将任意量子态从第一个自旋转移到最后一个自旋，或者同时在每个方向上传递一个经典比特。一个ebit可以在一半的时间内生成状态转移。对于较长的自旋链，我们提出的方法来创建或转移纠缠之间的两个端部自旋所需的量子态转移的时间的一半，给定的可调耦合强度和本地磁场。我们还研究了不完美的状态转移通过一个均匀的XY链。
2003-12-11 quant-ph
Batch Optimization of Frequency-Modulated Pulses for Robust Two-qubit Gates in Ion Chains
捕获离子量子计算机中的双量子比特门是通过施加自旋相关的力来产生的，这些力暂时使离子的内部状态与其运动纠缠在一起。激光脉冲被精心设计以在离子之间产生最大的纠缠门，同时最小化运动和离子之间的任何残余纠缠。当实际实验参数与理想情况不同时，门的质量受到影响。在这里，我们提高了鲁棒性的频率调制的莫尔默-Sørensen门运动模式频率偏移的优化平均性能的范围内的系统误差，使用批量优化。然后，我们比较这种方法与频率调制门优化的理想参数，包括一个分析的鲁棒性条件。数值模拟显示出良好的性能高达12个离子，和实验证明的方法上的两个离子链。
2021-12-20 quant-ph
Many-body strategies for multi-qubit gates - quantum control through Krawtchouk chain dynamics
我们提出了一种多量子比特量子门的设计策略。作为第一步，它采用了一个本征门映射的计算基础的状态，一个合适的多体哈密顿本征态。第二步采用共振驱动来强制一对本征态之间的跃迁，使所有其他本征态保持不变。该过程通过映射回计算基础来完成。我们展示了一个线性阵列的情况下，偶数N个量子位的策略，与特定的XX+YY最近的邻居之间的耦合。对于这个所谓的Krawtchouk链，2体驱动项导致iSWAP $_N$门，我们对N = 4和6进行数值测试。
2018-04-18 quant-ph
Barenco gate implementation using driven two- and three-qubit spin chains
Universidade do Estado de Santa Catarina（圣卡塔琳娜州立大学）
利用驱动的二量子和三量子自旋链实现Barenco门，通过分析方法构建有效哈密顿量并验证高保真度。
2026-03-02 quant-ph
Frequency-robust Mølmer-Sørensen gates via balanced contributions of multiple motional modes
在这项工作中，我们设计和实现频率鲁棒性的莫尔-索伦森门的线性链上的被困离子，使用高斯振幅调制和恒定的激光频率。我们选择这个频率来平衡门期间所有运动模式的纠缠积累，以产生对频率误差的强鲁棒性，即使对于长离子链也是如此。我们证明了这种技术的三离子链，实现$<\,1\%$减少从峰值保真度超过$20\,$ kHz范围内的频率偏移，我们分析了这种门设计的性能，通过数值模拟链上的2至33个离子。
2022-10-05 quant-ph
Designing Filter Functions of Frequency-Modulated Pulses for High-Fidelity Two-Qubit Gates in Ion Chains
量子计算机中的高保真双量子比特门经常受到波动的实验参数的阻碍。时变参数波动的影响导致量子比特上的相干噪声，这可以通过设计具有适当滤波函数的控制信号来抑制。在这里，我们开发了用于捕获离子量子计算机的Mølmer-Sørensen门的滤波器函数，该函数可以准确预测由于任何频率下的小参数波动而导致的门误差的变化。然后，我们设计的频率调制的激光脉冲的滤波器功能，并比较这种方法与脉冲是强大的静态偏移的运动模式频率。在实验上，我们测量了运动模的噪声谱，并将其用于设计滤波器函数，在五离子链中将门保真度从99.23（7）%提高到99.55（7）%。
2023-01-05 quant-ph
High-speed and high-connectivity two-qubit gates in long chains of trapped ions
The Australian National University（澳大利亚国立大学）；IonQ, Inc.（IonQ公司）
本文提出了一种基于宽带激光脉冲的快速全对全纠缠门方案，实现长链中多达40个离子的非局部高保真度纠缠操作，展示了在近似均匀链中任意离子对的声子介导纠缠机制。
2026-05-16 quant-ph
A controlled-NOT gate in a chain of qubits embedded in a spin field-effect transistor and its process tomography
我们已经研究了受控非（CNOT）门的可实现性，并通过量子过程层析成像对量子比特链进行了门操作，该量子比特链由嵌入自旋场效应晶体管中的自组装量子点中的电子实现。我们已经证明，CNOT门操作和它的过程层析成像是可执行的，通过使用自旋交换相互作用和几个本地量子比特旋转的相干时间内的量子比特。此外，它表明，当操作时间的波动和沟道电子的极化的不完整性被认为是保真度衰减的来源时，CNOT的过程保真度下降最多为5%的操作时间的波动，其值为0.49和0.72的值分别获得的极化的沟道自旋0.6和0.8。
2013-04-11 quant-ph
Quasi non-Markovian approach to the study of decoherence of a controlled-not quantum gate in a chain of few nuclear spins quantum computer
在弱耦合近似下，建立了一个准非马尔可夫主方程，研究了由三个核自旋组成的具有第二近邻Ising相互作用的线性链系统构成的量子计算机模型中受控非（CNOT）量子门运行时的退相干现象.我们比较与马尔可夫对应的温度不同，从零（热化）和在零温度下的低和高耗散率的行为。在低耗散有一个非常小的差异之间的马尔可夫和准非马尔可夫在任何温度下，这是不可能被测量，并在高耗散有一个差异，这是可能在任何温度下测量。
2012-06-07 quant-ph
Efficient implementation of bipartite nonlocal unitary gates using prior entanglement and classical communication
任何二分非定域幺正操作都可以通过将一个量子态从一方传送到另一方，在本地执行幺正门，然后再将一个态传送回来来实现。本文研究了可以使用比隐形传态所需的更少的先验纠缠和经典通信来实现的幺正。这样的酉的大家族是使用有限群的（投射）表示来构造的。所使用的工具包括：一个图解方法表示纠缠态，定理的必要缺乏信息在某些时间和地点，并表示二分幺正的基础上，一组傅立叶变换。
2010-06-20 quant-ph
Two-channel spin-chain communication line and simple quantum gates
我们考虑在一个单量子位接收器中通过不同的通道连接到两个双量子位接收器中的混合态的远程创建。{假设通道是具有最近邻相互作用的自旋（量子位）链，没有施加外部场。}对于接收器相对于两个端点不对称定位的通信线路（不对称通信线路），考虑了在两个端点之间共享接收器状态空间的可创建区域的问题。基于对称通信线构造了一个实现简单功能的量子寄存器实例。在该设置中，两个接收器的初始状态分别用作输入和控制信号，而接收器在适当时刻的状态被认为是输出信号。
2017-06-07 quant-ph
Optimal local implementation of non-local quantum gates
本文研究了在分布式量子计算机中实现非局域量子门所需的最小资源。经典的通信要求和纠缠消耗进行了研究。我们目前的最低资源需求和一些重要的门，包括CNOT和Toffoli门的最佳程序的一般声明。我们表明，在每个方向上的一个比特的经典通信是必要的和足够的非本地实现的量子CNOT，而在一般情况下，在每个方向上的两个比特是需要一个通用的两比特量子门的实施。特别是，状态交换器需要这个最大的经典通信开销。扩展这些想法，多方门。
2003-06-25 quant-ph
High-fidelity two-qubit quantum logic gates in a trapped-ion chain using axial motional modes
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）
本研究通过优化轴向运动模式，实现了高保真度的双量子比特逻辑门，提升了离子阱量子处理器的可扩展性和应用潜力。
2025-07-01 quant-ph
S-QGPU: Shared Quantum Gate Processing Unit for Distributed Quantum Computing
本研究提出一种基于共享量子门处理单元S-QGPU的分布式量子计算架构，通过集中共享通信量子比特等资源，有效降低系统成本，提升资源利用率与突发远程门操作的支持能力。
2024-10-01 quant-ph
Cat-Code-Protected Controlled Quantum Communication via Non-Local CNOT Gates over Star Quantum Networks
Indian Institute of Science, Bengaluru, India（印度科学学院）；Centre for Development of Advanced Computing (C-DAC), Chennai, India（高级计算发展中心）
该研究提出结合猫态编码与非局域CNOT门的受控量子通信协议，通过密度矩阵模拟证明在50公里距离上显著提升保真度，并验证了抗分束器攻击的安全性，为长距离星型量子网络上的纠错受控通信奠定理论基础。
2026-09-09 quant-ph
Quantum Gates on Individually-Addressed Atomic Qubits Subject to Noisy Transverse Motion
单个捕获的原子量子位代表了最有前途的量子计算机技术之一，因为它们的空闲误差可以忽略不计，并且能够通过聚焦光场实现全套可重构门操作。然而，量子门操作的保真度会受到横向于激光的原子的弱约束的限制。我们目前的测量这种效果，通过执行单独寻址纠缠门链中的最多25个被困的原子离子，弱限制沿链轴。我们提出了一个模型，准确地描述了所观察到的退相干从由嘈杂的电场引起的离子的残余加热。我们建议通过使用散布在链中的辅助离子来同情地冷却整个量子线路中的量子比特离子来抑制这些效应。
2020-07-14 quant-ph
Analysis of ion chain sympathetic cooling and gate dynamics
本文通过解析与计算方法研究长囚禁离子链的协同冷却最佳实践，揭示冷却离子居中放置、冷却频率与冷却离子数量对门性能的影响，并为最大化电路性能提供参数选择路线图。
2024-09-05 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
The open Heisenberg chain under boundary fields: a magnonic logic gate
研究了在边界磁场作用下，Lindblad耗散子驱动量子海森堡自旋链脱离平衡态时的自旋输运。给出了矩阵乘积态的精确解，这使我们能够精确地计算任何链尺寸的自旋流。结果表明，该系统经历了一个不连续的自旋阀状量子相变从弹道亚扩散自旋电流，依赖于边界场的值。因此，链表现为一个极其敏感的磁振子逻辑门操作的边界场作为基本元素。
2015-06-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Threshold Error Penalty for Fault Tolerant Computation with Nearest Neighbour Communication
容错量子计算的错误阈值与量子比特的级联编码是由内部通信开销惩罚。许多量子计算方案依赖于最近邻通信，这需要额外的门操作。对于一个宽度为L+1个物理量子比特的量子比特条带，实现L级级联，我们发现，当门错误是主要的错误来源时，在没有任何通信负担的情况下，错误阈值从2.1x10^-5降低到1.2x10^-7。误差阈值的这一~ 175倍损失转化为门操作控制脉冲的幅度和定时的~ 13倍损失。
2005-09-08 quant-ph
Quantum communication beyond the localization length in disordered spin chains
研究了局域化对自旋链中量子态转移的影响。我们展示了如何使用量子纠错和多个并行自旋链在任意距离上发送具有高保真度的量子比特;特别是远大于链的本地化长度的距离。
2008-01-31 quant-ph
Quantum privacy amplification for quantum secure direct communication
使用量子力学，可以执行远距离方之间的安全直接通信。在有噪声的量子信道中，量子保密放大是保证信息安全的必要步骤。本文提出了一种利用单光子实现量子保密直接通信的量子保密放大方案。量子保密放大过程包括两个控制非门和一个Hadamard门。在幺正门操作之后，执行测量并且保留一个光子。保留的光子携带了丢弃光子的状态信息，从而减少了信息泄漏。该过程可以递归地执行，使得信息泄漏可以减少到任意低的水平。
2004-08-16 quant-ph
Fast Mølmer-Sørensen gates in trapped-ion quantum processors with compensated carrier transition
针对载流子跃迁阻碍囚禁离子量子处理器中Mølmer-Sørensen门高速实现的问题，提出通过激光脉冲非线性变换补偿载流子效应的方法，可在数十微秒门时长下实现低于10⁻⁴的不保真度。
2025-08-01 quant-ph
Time reversal and exchange symmetries of unitary gate capacities
酉门是量子通信的有趣资源，部分原因是它们总是可逆的，本质上是双向的。本文探讨这两个对称性：时间反演和交换的爱丽丝和鲍勃。我们将介绍一些酉门的例子，这些酉门在前向和后向能力之间（即使在反向通信由自由纠缠辅助时）以及在纠缠辅助和无辅助能力之间表现出巨大的分离。在此过程中，我们将给出一个一般的时间反演规则，用于关联酉门及其逆门的容量，这将解释为什么以前寻找非对称容量的尝试失败了。最后，我们将看到擦除量子信息和破坏纠缠的能力如何成为量子通信的宝贵资源。
2009-07-28 quant-ph
Simple Pulses for Universal Quantum Computation with a Heisenberg ABAB Chain
最近，Levy已经证明量子计算可以使用ABAB进行。自旋为1/2的系统链，具有最近邻海森堡相互作用。Levy指出，所有必要的基本计算“门”都可以通过使用自旋共振技术来实现，该技术涉及在高频下调制自旋-自旋相互作用强度。在这里，我们注意到，作为该方法的替代方案，可以用简单的非振荡脉冲来执行基本门。
2001-04-07 quant-ph
AutoComm: A Framework for Enabling Efficient Communication in Distributed Quantum Programs
分布式量子计算（DQC）是扩展近期量子器件计算能力的一种很有前途的方法。然而，量子设备之间的非局域量子通信比每个量子设备内的局域量子通信昂贵得多并且容易出错。以前的DQC通信优化工作集中在优化每个非本地门的通信协议，然后采用量子编译设计，这些设计是为单个量子计算机中的本地多量子比特门（如受控x或CX门）设计的。分布式量子程序中的通信模式尚未得到很好的研究，导致通信成本远远不是最优的。在本文中，我们确定了突发通信，这是一种广泛存在于许多分布式程序中的特定量子位节点通信模式，可以用来指导通信开销优化。然后，我们提出了AutoComm，一个自动编译框架，首先提取突发通信模式的输入程序，然后优化的突发通信发现的通信步骤。实验结果表明，我们提出的AutoComm可以减少通信资源消耗和程序延迟的75.6%和71.4%，分别平均。
2022-10-21 quant-ph
Diamond as a solid state quantum computer with a linear chain of nuclear spins system
通过从金刚石的四面体构型中移除一个$^{12}C$原子，用一个$^{13}C$原子替换它，并在线性方向上重复这一过程，就有可能拥有一个线性链的一半核自旋，并建立一个固态量子计算机。从该结构中直接得到一个量子比特旋转和受控非（CNOT）量子门，并利用CNOT量子门确定了该量子计算机的设计参数。
2013-10-02 quant-ph
One-dimensional quantum computing with a 'segmented chain' is feasible with today's gate fidelities
原则上，最近邻链接量子位的1D阵列与容错量子计算兼容。然而，这种受限的拓扑结构需要大量的开销来重排量子位，因此容错阈值远低于2D架构。在这里，我们确定了一个中间立场：一个1D分段链，它是一个线性的片段阵列，每个片段都是一个具有全对全连接性的良好连接区域。该架构与离子阱和固态系统都相关。我们建立的容错可以实现单独的表面码，或通过一个额外的级联四量子比特规范码。我们发现，容错阈值为0.12%的15量子位段，而更大的段是优越的。对于每段35个或更多量子位，可以在不使用上级联层的情况下，利用当今最先进的并行性实现有意义的规模上的计算，从而最小化整体设备尺寸。
2017-02-18 quant-ph
Photonic Phase Gate via an Exchange of Fermionic Spin Waves in a Spin Chain
我们提出了一种新的实现双量子位光子相位门的协议。在我们的方法中，π相位是通过将两个单光子映射到具有费米子特征的原子激发态并交换它们的位置来获得的。费米子激发被实现为自旋链中的自旋波，而光子存储技术提供了光子和自旋波之间的界面。可能的缺陷和实验系统适合实现门进行了讨论。
2010-09-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
Arbitrary-phase CZ gate and remote readout across spatially separated superconducting nodes
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Quantum Center, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院量子中心）
本研究在跨空间分离的超导节点间实现了任意相位CZ门，通过双向光子传输协议调谐条件相位，并实现了无需远程节点主动参与的远程单发读取，为分布式量子计算提供了基础操作。
2026-10-06 quant-ph
Circuit knitting with classical communication
本文研究基于准概率模拟的电路编织方法，证明在子电路间引入经典通信可将含 $n$ 个非局域 CNOT 门的模拟开销从 $O(9^n)$ 降至 $O(4^n)$，并推广到一般 Clifford 门及部分其他门。
2023-10-31 quant-ph
Quantum communication in the spin chain with multiplespin exchange interaction
研究了具有三自旋交换作用的各向异性海森堡XXZ链模型中量子态的传输。平均保真度被用来评估状态转移。研究发现，各向异性耦合和多自旋相互作用可以增强量子通信。这种自旋模型可以减少保真度为1的理想态传输所需的时间。最大纠缠Bell态可以从整个量子系统中产生并分离出来。
2012-08-08 quant-ph
Implementing Quantum Gates using the Ferromagnetic Spin-J XXZ Chain with Kink Boundary Conditions
我们展示了一个利用一维自旋J铁磁XXZ链的幺正演化来构造量子门的实现方案。我们目前的数值结果的基础上模拟的链使用时间相关的DMRG方法和技术从最优控制理论。仅使用几个控制参数，我们发现有可能在自旋为3/2的XXZ链系统上实现一个和两个量子比特的门，例如Not，Hadamard，Pi-8，Phase和C-Not，保真度超过99%。
2009-02-19 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el math-ph
Thermal effects on quantum communication through spin chains
我们研究了最近提出的一个通过量子自旋链传输未知量子态的方案中热涨落的影响。我们发展了一般自旋链的低温展开式。然后，我们应用这种形式主义，研究确切的热效应的短自旋链的四个自旋。我们表明，最佳的输出状态提取时间几乎是独立的温度，降低了信道的保真度。此外，我们还发现反铁磁链中的热效应比铁磁链中的小。
2005-02-13 quant-ph
A switchable controlled-NOT gate in a spin-chain NMR quantum computer
本文提出了一种在固态NMR量子计算机中实现受控非门开关的方法。I=1/2核自旋的量子比特沿着量子自旋链（1-D反铁磁体）周期性地放置，所述量子自旋链具有单线态基态，所述单线态基态与由某些量子效应引起的最低激发态具有有限的自旋间隙。微波的辐射调谐到自旋能隙激发一个包的三重态磁振子在链的特定部分，其中涉及控制和目标量子比特。数据包在量子位之间的Suhl-Nakamura相互作用上切换，该相互作用充当受控的非门。量子位初始化是通过一个量子位初始化器来实现的，该初始化器由附着在自旋链上的半导体片组成，其中由半导体中的光泵浦方法产生的自旋极化被转移到自旋链上。该方案允许我们将初始化过程与计算分离，这样就可以优化计算部分而不受初始化方案的限制，这为我们提供了广泛的量子计算机材料选择。
2002-05-22 cond-mat.str-el quant-ph
Nonlocal quantum gate on quantum continuous variables with minimum resources
我们在实验上证明了一种非定域确定性量子非破坏性相互作用门，它适用于由物理距离分隔并由经典通信信道连接的节点处的量子态。门的实现，基于预先共享的纠缠态，本地操作，和经典的通信，在两个本地节点完全以并行方式运行，需要最少的资源。利用多个相干态的分析，验证了在局域幺正压缩下，量子门的非破坏性。一个真正的量子性质的门确认的能力，确定性地产生纠缠态的输出从两个可分离的输入状态。全光非局域门操作可以作为跨处理器的么正操作潜在地结合到原子或固态系统的分布式量子计算中。
2014-03-14 quant-ph
Parallel execution of quantum gates in a long linear ion chain via Rydberg mode shaping
我们提出了一种机制，允许并行执行多个量子门操作在一个单一的长线性离子链。我们的方法是基于大的相干力，当离子被电子激发到长寿命的里德伯态时发生。里德伯离子的存在极大地影响了离子晶体的振动模式结构，从而产生在空间上定位在隔离的子晶体上的模式，所述子晶体可以被单独地和独立地操纵。我们从理论上讨论了这里德伯模式整形在实验上现实的设置，并说明其电源通过分析并行执行的两个条件相位翻转门的保真度。我们的计划突出了一个可能的路线，通过振动模式成形控制在单离子水平上的大规模量子计算。
2012-12-19 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Communication Through an Unmodulated Spin Chain
我们提出了一个方案，使用未调制和不可测量的自旋链作为短距离量子通信的信道。要传输的状态被放置在链的一个旋转上，稍后在远处的旋转上以一定的保真度接收。我们首先利用我们的方案得到了任意海森堡铁磁体中任意两个位置之间量子态转移的保真度和纠缠度的简单表达式。然后，我们将其应用到可实现的情况下，一个开放的链与最近邻相互作用。量子态转移的保真度可以用离散余弦逆变换和贝塞尔函数级数表示。我们发现，在一个合理的时间内，一个量子比特可以直接传输，在整个长度的链高达80个自旋比经典的保真度更好。此外，自旋链通道允许在任意大的距离上共享可分离的纠缠。
2003-06-13 quant-ph
Duplex quantum communication through a spin chain
量子计算机内的数据复用可以允许通过共享介质同时传输多个信息流，从而最小化必要数据传输所需的信道数量。在这里，我们研究了一个双向量子通信协议，使用自旋链放置在外部磁场。在我们的方案中，Alice和Bob分别扮演发送者和接收者的角色，作为两个状态cos（θ1/2）|0> + sin（θ1/2）exp（i <$1）|1>，cos（θ2/2）|0> + sin（θ2/2）exp（i <$2）|1>通过一个通道同时传输。我们发现，在自旋链的每一端的传输保真度通常可以通过第二方的存在而增强。这对于通过自旋链网络建立双工量子通信的可行性是一个重要的结果。
2011-06-17 quant-ph
Local quantum control of Heisenberg spin chains
受量子控制理论的一些最新结果的启发，我们讨论了在各向同性海森堡自旋链模型的相互作用量子比特阵列中局域算符控制的可行性。作用于其中一个末端自旋，我们的目标是找到分段恒定的控制脉冲，从而为所选的一组量子门带来最佳的量子效率。我们分析了所获得的结果的鲁棒性或门的控制字段中的随机误差，发现分段常数控制之间的切换速度更快的系统是不太容易受到这些错误。所观察到的行为属于与共振和弛豫型行为之间的竞争有关的一类物理现象，例如NMR实验中的运动窄化。最后，我们讨论了如何获得最佳门的性能被改变时，相应的快速变化的分段常数控制字段通过频谱滤波平滑。
2010-11-29 quant-ph
Effective non-local parity-dependent couplings in qubit chains
为了有效地实现量子算法，产生多体纠缠的实用方法是一个基本要求。具体地，一次耦合多个量子位对可以是有利的，并且可以导致在硬件定制算法的构造中有用的多量子位操作。在这里，我们利用链上量子位的同时耦合，并设计一组适用于广泛应用的非局域奇偶依赖量子操作。由此产生的有效的长程耦合直接实现了可参数化的Trotter步骤的乔丹-维格纳费米子，并可用于量子动力学的模拟，有效的状态生成的变分量子本征求解器，奇偶校验测量的纠错方案，并产生有效的多量子位门。此外，我们提出了超导量子线路结构中的门操作的数值模拟，这表明了高的门保真度的$>99.9\%$为现实的实验参数。
2022-03-14 quant-ph
Trapped Rydberg Ions: From Spin Chains to Fast Quantum Gates
本文研究了束缚在线性Paul阱中的里德伯离子的动力学行为，讨论了在构成阱的静态和含时电场存在下离子里德伯态的性质。研究了多离子系统中的相互作用，导出了线性离子链的内电子态和外振子模的耦合方程。我们表明，强偶极-偶极离子之间的相互作用可以通过微波修整场实现。利用具有大量子亏损的低角动量态，可以将内部动力学映射到一个描述离子晶体中里德伯激发动力学的一对缀饰里德伯态的有效自旋模型上。我们证明了通过离子链的激发转移可以在纳秒的时间尺度上实现，并讨论了在离子链中实现快速双量子位门。
2008-04-19 physics.atom-ph quant-ph
Optically controlled phase gate and teleportation of a controlled-NOT gate for spin qubits in quantum dot-microcavity coupled system
在线性光学操纵、单光子、纠缠光子对、光子测量和经典通信的辅助下，提出了一种利用光学微腔中的量子点实现双自旋量子比特相位门和两个电子自旋之间的CNOT门从作用于本地量子比特到作用于远程量子比特的隐形传态方案.该方案是基于自旋选择性光子反射从腔和实现在一个确定性的方式通过顺序检测光子和单量子位旋转的单电子自旋在自组装GaAs/InAs量子点。该方案的可行性评估表明，高的平均结晶度的门是可以实现的弱耦合制度时，侧漏和腔损耗低。该方案为远距离量子通信、分布式量子计算和构建远程量子信息处理网络开辟了广阔的前景。
2013-06-20 quant-ph
Entanglement purification without controlled-NOT gates by using the natural dynamics of spin chains
我们提出了一个简单的方案来纯化自旋为1/2的粒子中的两体纠缠，该方案只利用自然的自旋-自旋相互作用，即那些通常可以在现实物理系统中实现的相互作用，以及对单自旋的S_z测量。即使是标准的各向同性海森堡相互作用被证明是足够的，以净化混合态纠缠，如果有至少三对自旋。这种方法对于固态系统中的量子信息处理可能是有用的。
2008-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Communication-Optimal Blind Quantum Protocols
本文研究盲量子计算中Alice与Bob通信的最少资源，提出熵界技术量化所需量子比特数，并给出饱和该界的最优协议，证明Clifford门情形下可分离态足够。
2025-10-18 quant-ph
Parallel entangling gate operations and two-way quantum communication in spin chains
量子线路的功率是通过在系统的相干时间内可以执行的两量子比特纠缠门的数量来确定的。在没有并行量子门操作的情况下，这将使量子模拟器仅限于浅电路。在这里，我们提出了一个协议，并行化的多个用户之间的空间分离的两个量子比特纠缠门的实现，并使用一个共同共享的自旋链数据总线。我们的协议通过诱导每对量子比特之间的有效相互作用而不干扰其他量子比特，因此，它在不产生串扰的情况下提高了门操作的速率。这是通过适当地调整哈密顿参数来实现的，以两种不同策略的形式描述。参数的调整使得不同的双定域本征态负责实现不同对远距离量子比特之间的纠缠门。值得注意的是，我们的协议的性能是强大的，对增加数据总线的长度和用户的数量。此外，我们表明，该协议可以容忍各种类型的障碍，并适用于基于超导体的系统的背景下。该协议可用于实现双向量子通信。
2021-05-25 cond-mat.str-el quant-ph
Two qubit gate with macroscopic singlet-triplet qubits in synthetic spin-one chains in InAsP quantum dot nanowires
本文提出在InAsP量子点纳米线的合成自旋一链中，利用宏观拓扑保护单态-三态量子比特实现双量子比特门的理论，通过精确对角化和MPS工具验证低能行为，并演示了两种高精度门生成方法。
2024-04-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Pairwise-parallel entangling gates on orthogonal modes in a trapped-ion chain
并行操作对于近期的量子计算机和更大规模的容错机器都很重要，因为它们减少了执行时间和量子比特空闲。我们提出并实现了一种在离子阱量子计算机上的成对并行门方案。门被同时驱动的捕获离子链的正交运动模式的不同集合。我们证明了该方案的实用性，通过创建一个GHZ状态在一个步骤中使用一个重叠的量子比特的并行门。我们还显示了它的优势，电路通过实现一个相互作用的自旋系统，横向场伊辛模型的动力学的数字量子模拟。当不涉及重叠量子位时，这种方法有效地将可用栅极深度扩展高达两倍，除了额外的初始冷却之外没有开销。这是因为使用一组额外的模式作为额外的量子自由度几乎相当于将陷阱加热速率减半，将激光和量子比特相干时间加倍，并将控制器存储器深度扩展到两倍。该方案可以很容易地应用于不同的捕获离子量子比特和门方案，广泛地增强了捕获离子量子计算机的能力。
2023-02-17 physics.atom-ph quant-ph
CNOT gates in inductively coupled multi-fluxonium systems
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；SEEQC, Inc.（SEEQC公司）；Ecole Polytechnique Federale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
研究四诱导耦合多通量onium系统中CNOT门的性能，通过调整频率抑制旁观者误差，实现低错误率的量子计算
2025-12-12 quant-ph
Time-optimal Unitary Operations in Ising Chains II: Unequal Couplings and Fixed Fidelity
我们分析确定的最小时间和实现所需的最佳控制律，直到指定的保真度和可用的固定能量，纠缠量子门（$\mathrm{CNOT}$）之间的三线性伊辛链的间接耦合量子比特。控制是相干的和开环的，并且它由作用于中间量子比特的局部和连续的磁场表示。这种局部量子操作的时间成本不限于零。当与目标门的匹配是完美的（保真度等于一），我们提供了精确的解决方案的情况下，等伊辛耦合。对于更一般的情况下，当一些错误是可以容忍的（保真度小于1），我们给不等耦合微扰的解决方案。与以前的数值解的最小时间产生相同的门相同的伊辛哈密顿量，但与瞬时局部控制的比较表明，后者不是时间最优的。
2012-09-03 quant-ph
