Thresholds for the distributed surface code in the presence of memory decoherence
本研究针对分布式量子计算中记忆退相干的影响，提出分布式环面表面码存储通道模拟框架，结合金刚石色心实验模型，得出更贴合实际的错误阈值及纠缠生成与退相干速率比基准，为实验进展提供参考。
2024-05-18 quant-ph
Mapping Electronic Decoherence Pathways in Molecules
本研究开发了一种利用共振拉曼光谱分离分子发色团电子退相干路径的策略，揭示了分子振动和溶剂对退相干的定量贡献，为建立分子结构与量子退相干联系提供了新方法。
2023-12-30 physics.chem-ph quant-ph
Decoherence and dissipation during a quantum XOR gate operation
研究了耦合到量子谐振子池中的两量子比特系统中量子异或门的动力学行为。应用数值准绝热传播子路径积分方法，我们在不作进一步近似的情况下，得到了该相互作用双量子比特系统在含时外场作用下的时间分辨演化.我们模拟耗散门操作的特性实验实现的凝聚态量子比特，即，磁通量和电荷量子比特实现超导约瑟夫森系统和量子比特形成的半导体量子点。此外，通过确定异或门的保真度、纯度、量子度和纠缠度这四个特征量子数，系统地研究了异或门的质量。已经对量子位中的两种不同类型的错误进行了建模，即，位翻转误差和相位误差。系统地探讨了门操作的质量对环境温度、系统-浴相互作用产生的摩擦强度和量子位间耦合强度的依赖性：我们的主要发现是，四个门量词仅弱依赖于温度，但对摩擦强度相当敏感。
2001-04-26 cond-mat quant-ph
Statistical Mechanics and Symmetries of Non-Abelian Anyon Proliferation: From Deformation to Decoherence
California Institute of Technology（加州理工学院）；Ghent university（根特大学）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）
通过统计力学模型和蒙特卡洛模拟，研究非阿贝尔任意子增殖导致拓扑序失稳的机制，发现两个非阿贝尔任意子物种的增殖会寄生凝聚共享的阿贝尔融合结果，破坏拓扑序。
2026-08-17 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Observation of non-Markovian micro-mechanical Brownian motion
所有的物理系统在某种程度上都是开放的，并与它们的环境相互作用。这个观点，虽然看起来很基本，但它引起了保护量子系统免受量子技术退相干影响的必要性，并且是量子物理学中经典性质出现的核心。然而，对于给定的系统，精确的退相干机制通常是未知的。在这项工作中，我们利用光机械谐振器，以获得其冷凝物热浴的光谱密度的关键信息。与通常假设的高温量子布朗运动描述的力学自由度的动态，基于统计分析的发射光，它表明，这种光谱密度是高度非欧姆，反映了非马尔可夫动力学，我们量化。最后，我们详细阐述了开放系统识别中的光机系统的进一步应用。
2015-07-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
BF-theory in graphene: a route toward topological quantum computing?
除了石墨烯同素异形体在凝聚态和纳米技术中的大量应用外，我们认为石墨烯片可能被设计成支持室温拓扑量子信息处理。该论点是基于通过能够维持非阿贝尔任意子动力学的BF型的3D拓扑量子场论来建模单层石墨烯有效作用的可能性。这一特性是最近提出的容错和消相干保护量子计算理论框架的基本要求。
2012-06-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information processing in semiconductor nanostructures
凝聚态物理的一个主要问题是固态量子计算机是否能够被建造出来。在这里，我们讨论了两种不同的方案，量子信息处理使用半导体纳米结构。首先，我们展示了光驱动耦合量子点如何通过改变选择性光脉冲的强度和持续时间来制备最大纠缠的Bell和Greenberger-Horne-Zeilinger态。该装置允许我们在耦合量子点阵列中进行激子态的量子隐形传态的全光产生。其次，我们提出了一种基于核磁共振（NMR）的量子点系统中量子逻辑门的可靠实现和长退相干时间的方案，其中的核磁共振是由外磁场中的少电子量子点的基态跃迁控制的.这些系统中存在的环境诱导的退相干效应的动力学演化进行了讨论。
2000-09-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mixed-State Quantum Spin Liquids and Dynamical Anyon Condensations in Kitaev Lindbladians
该研究通过Lindblad主方程研究Kitaev自旋液体和环面码开放系统，发现退相干和耗散可导致任意子凝聚，实现从初始态到稳态自旋液体的拓扑转变，开辟了开放量子系统拓扑现象研究的新途径。
2024-07-15 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Exploring the quantum critical behaviour in a driven Tavis-Cummings circuit
量子相变在多体系统中起着重要的作用，是传统凝聚态物理的研究热点。人造原子，如超导量子比特，可以单独操纵，提供了一个新的范例，实现和探索量子相变的工程芯片上的量子模拟器。在这里，我们证明了实验中的量子临界行为在一个高度可控的超导电路，由四个量子位耦合到一个共同的谐振器模式。通过非共振驱动系统使临界自旋场耦合强度重整化，我们观察到了四量子比特非平衡量子相变的动力学方式，即，我们扫描临界耦合强度随时间的变化，并监测四量子比特比例的时刻，以获得系统本征态的结构变化的特征。我们对非平衡态量子相变的观测与退相干下的Tavis-Cummings理论一致，为探索量子相变的标度行为、宇称破缺和长程量子关联等相关科学提供了新的实验途径.
2015-05-25 quant-ph
Accurately computing electronic properties of a quantum ring
研究凝聚态系统的一种有前途的方法是在工程量子平台上模拟它们。然而，实现优于经典方法所需的精度一直是一个突出的挑战。在这里，使用18个超导量子比特，我们提供了一个精确的凝聚态模拟器的实验蓝图，并演示了如何探测基本的电子特性。我们基准的基本方法，通过重建的单粒子带结构的一维线。我们表现出几乎完全缓解的退相干和读出误差，并达到在测量能量本征值的这条线的误差为~0.01拉德的准确度，而典型的能量尺度为1拉德的顺序。深入了解这一前所未有的算法保真度是通过突出强大的性能的傅立叶变换，包括解决本征能量与统计不确定性的1e-4 rad的能力。此外，我们综合磁通量和无序的本地潜力，一个凝聚态系统的两个关键原则。当扫描磁通量时，我们观察到避免了光谱中的能级交叉，这是局部无序的空间分布的详细指纹。结合这些方法，我们重建的本征态的电子性质，我们观察到持续的电流和强烈的抑制电导增加的障碍。我们的工作描述了一种精确的量子模拟方法，为研究具有超导量子比特的新型量子材料铺平了道路。
2021-06-01 quant-ph
Quantum Simulation of Two-Dimensional Free Dirac Hamiltonian in Multimode Circuit QED
KAIST（韩国科学技术院）；Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本研究在电路QED中实现了可编程的二维有质量狄拉克哈密顿量，通过单个拉比驱动量子比特耦合多模腔，观测到旋转颤动并验证了其动力学，为高维相对论量子模拟提供了紧凑平台。
2026-09-15 quant-ph
Open quantum dynamics theory for a complex subenvironment system with a quantum thermostat: Application to a spin heat bath
复杂环境，如分子基质和生物材料，在许多重要的凝聚相动力学过程中起着基础性的作用。因为在这样的环境中进行完全的量子动力学模拟是非常困难的，因为它们有很多自由度，所以这里我们只详细讨论了感兴趣的主系统（子环境）周围的环境，而维持平衡温度所需的其他自由度由简谐浴描述，我们称之为量子恒温器。由子环境产生的噪声是空间非局部和非高斯的，并且不能由波动耗散定理来表征。我们描述了这个模型，通过模拟一个两级系统（TLS）的动态相互作用的子环境组成的一维$XXZ$自旋链。采用分层的薛定谔方程描述量子恒温器，允许在任意温度下进行时间不可逆的动力学模拟。要看到的子环境的量子相变的影响，我们调查的退相干和松弛过程的TLS在零和有限的温度为各种值的自旋各向异性。我们观察到的TLS的退相干在有限的温度下，即使当$XXZ$模型的各向异性是巨大的。我们还发现，TLS的布居弛豫动力学的变化在一个复杂的方式与各向异性和铁磁或反铁磁自旋的顺序的变化。
2021-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Design and Dynamics of Two-Qubit Gates with Motional States of Electrons on Helium
University of Oslo（奥斯陆大学）；EeroQ Corporation（EeroQ公司）；Michigan State University（密歇根州立大学）
本文研究了利用超流氦气中的电子运动状态实现双量子位门的操作，通过数值模拟展示了如何通过时间依赖的势能调节来实现高保真度的量子门操作，并评估了不同门操作的保真度和执行时间。
2026-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Out-of-time-ordered correlation functions in open systems: A Feynman-Vernon influence functional approach
最近的理论和实验研究表明，量子信息加扰（即量子信息在系统自由度上的扩展）对于高能物理、量子信息和凝聚态中遇到的问题具有重要意义。由于量子多体系统的复杂性，这一领域的新发展将通过实验探索来实现。由于噪声效应不可避免地存在于实验实现中，因此需要对受噪声影响的系统中的量子信息置乱有更好的理论理解。为了解决这个问题，我们研究了量子置乱的指标--开放量子系统中的非时间有序关联函数（OTOC）。由于大多数用于测量OTOC的实验协议是基于向后时间演化，我们考虑两种可能的联合系统-环境动力学反转的情况：在第一种情况下，环境的演化是反向的，而在第二种情况下，它不是。我们推导出在这些情况下的OTOC的一般公式，以及详细研究的自旋链耦合到谐振子的环境中的模型。在后一种情况下，我们推导出表达式的开放系统OTOC的Feynman-Vernon影响功能。随后，假设失相占主导地位的耗散，我们提供了开放系统的OTOC的界限，并说明他们从自旋玻色子问题的频谱密度。除了对量子信息置乱具有重要意义外，我们的结果还促进了对涉及向后时间演化过程中退相干的理解。
2019-05-23 quant-ph
Quantum correlations at infinite temperature: the dynamical Nagaoka effect
量子关联在多体系统的高温动力学中起作用吗？一个共同的期望是，热涨落导致快速退相干，使动力学经典。在本文中，我们提供了一个引人注目的例子，一个单一的粒子创建在一个无特征的，无限的温度自旋浴，不仅表现出非经典动力学，但也诱导周围的自旋之间的强长寿的相关性。研究了原子极限下费米子或玻色子莫特绝缘体中产生的空穴的非平衡动力学，它对应于一个简并自旋系统。在没有相互作用的情况下，自旋关联纯粹来自量子干涉，并且这种关联既有反铁磁的，也有铁磁的，这与平衡的长冈效应形成了鲜明的对比。这些结果是相关的几个凝聚态自旋系统，并应使用最先进的玻色子或费米子量子气体显微镜观察。
2017-03-27 cond-mat.quant-gas physics.comp-ph quant-ph
SQUID G.A.M.E.: Gamma, Atmospheric, and Mono-Energetic Neutron Effects on Quantum Devices
本文研究了超导量子器件（SQUID）对中子和伽马射线的辐射敏感性，通过实验和Geant4模拟表征了不同辐射场下的响应与故障分类，发现SQUID对中子敏感而对1.25 MeV伽马射线几乎不受影响。
2025-08-08 quant-ph
Experimental Detection of the Quantum Phases of a Three-Dimensional Topological Insulator on a Spin Quantum Simulator
近年来，物质拓扑相的探测成为一个热点问题。传统上，在凝聚态物理中实现特定拓扑相依赖于探测真实材料的潜在表面能带色散或量子输运特征，其可能是不完美的或甚至不存在。另一方面，量子模拟提供了一种在通用量子计算机上直接测量拓扑不变量的替代方法。然而，由于目前实验平台的技术限制，实验证明高维拓扑相仍然是一个挑战。在这里，我们调查的三维拓扑绝缘体在AIII（手征酉）对称类，但缺乏实验实现。利用核磁共振系统，我们实验证明了它们的拓扑性质，采用动力学猝灭方法，并观察到动量空间中的动力学体边界对应。其结果是，拓扑不变量测量的带反转表面上的高精度，表现出的退相干效应的鲁棒性。我们的工作为通过可控的量子相变实现更高维度和更复杂系统中物质拓扑相的量子模拟铺平了道路。
2020-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Towards an Experimental Test of Gravity-induced Quantum State Reduction
根据Penrose和Diosi的假设，量子态约化是广义相对论与量子物理的幺正时间演化不相容的表现。量纲分析表明，薛定谔猫型国家应该崩溃的可测量的时间尺度上的质量和长度的顺序细菌规模时，参与。我们分析了凝聚态和冷原子物理学的现代发展的背景下，旨在实现宏观量子态这一假设。我们首先考虑“微机械”的量子态，分析能力的原子力显微镜为基础的单自旋探测器来测量的引力态减少，但我们得出结论，它似乎不可能抑制环境退相干所需的程度。随后，我们讨论了“分裂”冷原子凝聚，发现这些是目前缺乏所需的质量尺度的许多数量级。然后，我们扩展彭罗斯的分析，以叠加的质量载流状态，我们将其应用到超导电路中实现的磁通量子比特。我们发现通量量子比特接近引力态减少应该变得可测量的尺度，但是用当今的技术来桥接剩余的几个数量级似乎非常困难。
2007-06-27 cond-mat.other cond-mat.str-el quant-ph
Density-Functional theory, finite-temperature classical maps, and their implications for foundational studies of quantum systems
1964年Hohenberg-Kohn定理的出现，它对有限T的扩展，Kohn-Sham理论和相对论扩展提供了密度泛函理论（DFT）的良好形式。这个理论使得量子系统{ \it}的所有静态性质的计算不需要n体波函数的计算。DFT使用单体密度分布而不是密度分布。最近的含时DFT公式试图在不使用含时波函数的情况下描述量子系统的时间演化。虽然密度泛函理论已经成为凝聚态计算量子力学的标准工具，但它的基本含义在很大程度上尚未被探索。虽然所有系统都需要T=0时的量子力学（QM），但这种量子系统的成对分布函数（PDF）已经被精确地映射到有效有限T下的经典模型中，并且使用合适的非局域量子势（例如，模拟泡利不相容效应）。这些方法揭示了量子\to混合\to经典模型，并提供了一种新的方式来看待非局部相关的存在，而不诉诸贝尔定理。它们还提供了关于Bohmian力学的见解。此外，宏观系统，即使在1开尔文德布罗意波长在微飞秒范围内，从而消除宏观猫状态，并避免了需要{ \it特设}退相干模型。
2013-07-15 physics.class-ph quant-ph
Microcanonical and finite temperature ab initio molecular dynamics simulations on quantum computers
从头算分子动力学（AIMD）是预测分子和凝聚态系统性质的有力工具。该过程的质量基于精确的电子结构计算。量子处理器的发展为精确计算分子系统的基态和激发态能量显示了巨大的潜力，为分子动力学模拟开辟了新的途径。在这项工作中，我们解决了使用变分量子算法计算精确的原子力在有源植入式医疗器械中使用。特别是，我们提供了解决方案，用于缓解与能量和力的期望值的测量相关联的统计噪声，以及用于缓解硬件噪声源（特别是门不稳定性，量子位退相干和读出错误）的方案。尽管相对较大的误差计算的势能，我们的结果表明，所提出的算法可以提供可靠的MD轨迹的微正则（恒定能量）系综。此外，利用量子测量过程中产生的固有噪声，我们还提出了一个朗之万动力学算法来模拟正则，即，恒温，动态这两种算法（微正则和正则）适用于模拟简单的分子系统，如H2和H3+。最后，我们还提供了在IBM量子计算机ibmq_athens上获得的H2动力学结果。
2020-08-18 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Reentrant phase behavior in systems with density-induced tunneling
该研究通过解析计算发现，具有扩展相互作用的二维玻色子多体系统可在内部产生退相干，但足够强的相互作用可使超流相重入复苏，并指出正确耦合对结果解读的重要性。
2023-08-31 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Exact Model Reduction for Continuous-Time Open Quantum Dynamics
针对有限维开放多体量子系统，提出基于Krylov算子空间的精确模型约简方法，可生成经典/量子仿真适用的最小维约简模型，证明其保持Lindblad形式并推广了对称约简技术，在多类典型系统中验证了有效性。
2025-07-23 cs.SY eess.SY math-ph
