A fault-tolerant encoding for qubit-controlled collective spins
Cavendish Laboratory, University of Cambridge（剑桥大学卡文迪什实验室）
本文提出spin-N-Cat码，通过自旋相干态的叠加编码逻辑量子比特，实现容错编码，适用于大规模自旋系统，具有高保真度和硬件高效性。
2026-03-16 quant-ph
High-dimensional quantum key distribution using orbital angular momentum of single photons from a colloidal quantum dot at room temperature
本文利用室温胶体巨量子点作为确定性单光子源，在轨道角动量三维空间中实现高维量子密钥分发，并实验证明每光子安全比特数超过传统二维QKD容量。
2024-05-06 physics.optics quant-ph
Time-bin encoded quantum key distribution over 120 km with a telecom quantum dot source
Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究首次验证了在电信波段QKD系统中将量子点单光子源与时间槽编码结合的可行性，并实现了120公里光纤上的安全密钥分发。
2026-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
On-chip nanomechanical filtering of quantum-dot single-photon sources
光子集成电路中的半导体量子点使量子信息处理能够扩展到许多单光子和量子光门。芯片上的光谱滤波器对于实现嵌入波导中的量子点的高纯度和相干光子发射至关重要，而无需诉诸自由空间光学。这种光谱滤波器应该是可调谐的，以补偿量子点跃迁的不均匀光谱分布。在这里，我们报告了一个单片集成的片上滤波器与量子点，使用纳米机械运动调谐其谐振波长超过10 nm，使操作在低温下，并避免与发射器的串扰。我们证明了单光子发射的量子点下的非共振激发，仅采用片上滤波器。这些结果对于全集成解复用、多路径光子编码方案和多发射器电路的发展至关重要。
2019-10-13 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Operating two exchange-only qubits in parallel
Intel Corporation（英特尔公司）
本研究展示了并行操作两个仅交换的量子比特，通过随机基准测试验证了并行脉冲调节交换相互作用的有效性，并实现了iSWAP门和电荷锁住的泡利自旋阻塞读取方法的首次实验演示。
2025-10-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Signatures of inter-sideband coherence in the resonance fluorescence spectrum of an acoustically-modulated quantum dot
Institute of Theoretical Physics, Wrocław University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学理论物理研究所）；Institute of Physics, University of Münster（明斯特大学物理研究所）
该研究采用马赫-曾德尔滤波场形式主义，证实干涉图几何倾斜可作为抗白噪声的边带相位相干指标，为固态架构的量子网络提供了边带单光子相干性验证框架。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simple operation sequences to couple and interchange quantum information between spin qubits of different kinds
利用交换相互作用，推导出了不同类型的量子点自旋量子比特之间耦合和交换量子信息的有效操作序列。在单自旋量子比特、单重态-三重态量子比特和仅交换（三重点）量子比特的量子比特编码中，一些单量子比特相互作用在纠缠操作期间保持开启;这大大简化了构建纠缠操作的操作序列。在理想的设置中，门操作只使用一次量子位内交换相互作用。讨论了纠缠序列的局限性，并给出了量子信息如何在不同类型的量子点自旋量子比特之间进行转换。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent control of three-spin states in a triple quantum dot
涉及单量子点中的单个自旋或双量子点中的耦合自旋的自旋量子比特已经成为量子信息处理应用的潜在构建块。已经提出，三重量子点可以提供额外的工具和功能。这些包括信息的编码，以获得对退相干的保护或允许全电操作，跨量子线路的有效自旋总线，以及利用三自旋Greenberger-Horn-Zeilinger量子态实现量子纠错。为了实现这些目标，我们首次展示了两个相互作用的三自旋态之间的相干操纵。我们采用Landau-Zener-Stückelberg方法来创建和操纵量子态的相干叠加。我们证实，我们能够保持一致性时，减少交换耦合的一个自旋与另一个，同时增加其与第三耦合。这种成对交换的控制是大多数自旋量子位架构的要求，但以前没有被证明。
2013-02-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mesoporous matrices for quantum computation with improved response through redundance
我们提出了一种量子计算的固态实现，它改进了以前提出的光驱动方案。我们的建议是基于垂直阵列的量子点嵌入在一个介孔材料，可以制造与目前的技术。所选硬件的典型冗余编码可保护计算免受选通误差和测量引起的噪声的影响。计算II-VI和III-V材料的量子计算应用所需的系统参数，并发现在实验范围内。所提出的硬件可以帮助最小化由于点尺寸的多分散性引起的误差，这是目前与基于量子点的量子计算有关的主要问题之一。
2007-05-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Device characterization of Si$/$SiGe double quantum dots using exchange oscillations in Earth's magnetic field
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The University of New South Wales（新南威尔士大学）；Diraq
该研究利用Si/SiGe的固有核自旋磁场梯度，开发了无外加磁场的量子点交换振荡表征工具，延长了量子比特相干时间，实现了剩余交换的高分辨率表征。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rotational-invariant quantum key distribution based on a quantum dot source
本研究利用量子点源、主动时间到空间解复用和Q-plate器件实现了旋转不变的BB84-QKD协议，通过光的轨道角动量编码混合光子态，消除通信双方对固定参考系的需求，为复杂场景下提升QKD安全性和鲁棒性提供了可行方向。
2025-06-29 quant-ph
Generation of frequency sidebands on single photons with indistinguishability from quantum dots
单光子量子态的产生和操纵是许多量子信息协议的核心。使用相位调制器作为保持相干性的量子光学器件已经引起了越来越多的兴趣。在这封信中，我们已经使用电光相位调制器来塑造由量子点发射的单光子的状态矢量，以产生新的频率分量（模式），并明确地证明相位调制过程与理论预测在单光子水平上一致。通过双光子干涉测量，我们表明，对于由三个模式（原始模式和两个边带）组成的输出，通过二阶强度相关（g2（0））测量的模式工程光子的不变性被保留。这项工作展示了一种生成光子量子比特或更复杂状态（例如，一个Qutrit）用于量子通信应用，其通过在边带中编码信息而不损失相干性。
2018-06-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Pre-training Tensor-Train Networks Facilitates Machine Learning with Variational Quantum Circuits
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；NVIDIA Research（NVIDIA研究）；IBM Research（IBM研究）；Hon Hai (Foxconn) Quantum Computing Research Center（鸿海（富士康）量子计算研究中心）
预训练张量团网络通过降低量子机器学习中的数据编码复杂度，提升变分量子电路分类任务的效率与性能。
2026-02-10 cs.LG quant-ph
Deterministic Generation of Linear Photonic Cluster States with Semiconductor Quantum Dots: A Detailed Comparison of Different Schemes
Paderborn University（帕德博恩大学）；Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀安特光学科学学院）
研究利用半导体量子点生成线性光子簇态的不同方案，通过理论比较四种方案，考量不同误差机制影响，给出基于自旋相干时间等因素在磁场驱动与光学控制协议间选择的 regime 图。
2026-07-13 quant-ph
Experimental Multi-state Quantum Discrimination in the Frequency Domain with Quantum Dot Light
寻求有效的量子态鉴别策略是量子信息技术和基础研究的重要课题。因此，开发新的和更有效的方法来实现量子态的鉴别协议是至关重要的。其中，单光子实现更可取，因为它们在量子通信场景中具有固有的安全优势。在这项工作中，我们提出了一个协议，采用时间复用策略，以最佳的区别八个非正交状态，编码在四维希尔伯特空间跨越偏振自由度和光子能量的实验实现。该实验建立在定制设计的体光学分析仪设置和由几乎确定性的固态源产生的单光子上，代表了与实际量子态的最小误差鉴别的基准示例，仅需要线性光学器件和两个光电探测器来实现。我们的工作为更复杂的应用铺平了道路，并为高维量子编码和解码操作提供了一种新的方法。
2022-09-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ultrastable, low-error dynamic polarization encoding of deterministically generated single photons
Leibniz Universität Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Universität Stuttgart（斯图加特大学）
本研究提出基于自由空间Sagnac干涉仪的单光子偏振编码器，突破环境干扰限制，在152MHz重复频率下实现0.69(2)%的超低量子比特误差率，推动鲁棒可扩展的低误差量子信息处理发展。
2025-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum computation on a 19-qubit wide 2d nearest neighbour qubit array
在本文中，我们探讨了量子比特晶格的宽度限制在一维和物理阈值之间的关系，可扩展的，容错的量子计算。为了规避传统上固定宽度的小数组的低阈值，我们故意在使用表面码的最低编码级别设计了一个错误偏置。然后，我们在更高的编码水平上使用利用这种偏差的晶格手术表面代码总线或重复代码来解决这种工程偏差，以使逻辑量子比特具有偏置的表面码量子比特之外的无偏置错误。然后，通过进一步与其他码（例如Steane [[7，1，3]]码和[[15，7，3]] CSS码）级联，可以达到非常低的错误率。这使得在仅19个量子比特宽的正方形量子比特晶格上的可扩展的固定宽度量子计算架构成为可能，给定物理量子比特的错误率为$8.0\times 10^{-4}$。这可能会缓解具有精细量子位间距的系统中的工程问题，例如硅或砷化镓中的量子点。
2022-12-14 quant-ph
Quantum Parameterized Self-Attention Network for Image Classification
Zhejiang Gongshang University（浙江工商大学）；University of Sussex（萨塞克斯大学）
提出量子参数化自注意力网络（QPSAN），通过仅含5个可训练量子参数每层的参数化量子电路实现自注意力评分函数，在四个视觉数据集上显著优于视觉Transformer基线，并揭示了量子表示优势随数据复杂度增加而增强。
2026-05-25 quant-ph
Comparison of spin-qubit architectures for quantum error-correcting codes
Universidad de Costa Rica（哥斯达黎加大学）；RIKEN Center for Quantum Computing, RIKEN（理研量子计算中心，理研）；National Tsing Hua University（国立清华大学）；National Center for Excellence in Quantum Information Science and Engineering, National Tsing Hua University（国立清华大学量子信息科学与工程卓越国家中心）
研究比较表面码和Bacon-Shor码在硅中用自旋量子比特实现的性能，构建逻辑量子比特探索两种编码方案，评估关键性能指标，结果表明混合编码更优，找出限制因素，为改进硬件和实现容错架构提供方向。
2026-07-08 quant-ph
Quantum Computing with an 'Always On' Heisenberg Interaction
量子计算的许多有前途的想法都需要实验能力来直接“打开”和“关闭”组成量子位之间的物理耦合。这通常是实现中的关键困难，并且排除了通用固态系统中的量子计算，其中组分之间的相互作用是“始终开启”的。在这里，我们表明，量子计算是可能的强耦合（海森堡）系统，即使在相互作用无法控制。通过对逻辑量子比特进行适当的编码，“调谐”单个量子比特的跃迁能量的适度能力被证明足以产生通用量子门。此外，通过集体调整量子位，我们提供了一个具有特殊实验简单性的方案：通过仅六个设置的单个“开关”控制计算。我们的方案适用于广泛的物理实现，从量子点中的激子和自旋到大块磁体。
2003-05-22 quant-ph
A spinless spin qubit
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）
本文提出一种利用空穴强自旋轨道相互作用实现全电基带控制的无泄漏可扩展自旋量子比特架构，兼具鲁棒性与现有技术兼容性。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal Fault-Tolerant Computation on Decoherence-Free Subspaces
提出了一种在系统希尔伯特空间的无消相干子空间（DFS）中实现普适量子计算的一般方案。该方案导致了在DFS上的通用量子计算的第一个容错实现，其具有以下性质：（i）仅需要一个和两个量子比特的相互作用，以及（ii）系统在量子门的整个实现过程中保持在DFS内。我们明确地展示了如何在“集体退相干”（量子比特置换不变系统浴耦合）下对每个逻辑量子比特编码的四量子比特DFS簇进行通用计算。我们的研究结果直接相关的一些固态量子计算机的实现，特别是那些量子逻辑是通过交换相互作用，如最近提出的自旋自旋耦合GaAs量子点阵列和Si：$^{31}$ P核自旋阵列。
2000-06-29 quant-ph
The germanium quantum information route
在世界范围内对破坏性量子技术的努力中，锗正在成为实现能够编码、处理或传输量子信息的设备的多功能材料。这些器件利用锗价带态（通常称为空穴）的特殊性质，例如它们固有的强自旋轨道耦合和承载超导配对关联的能力。在这篇综述中，我们首先介绍了低维锗结构中的空穴物理，并从理论角度给出了关键见解。然后，我们研究了材料科学的进展，支持锗基平面异质结构和纳米线。我们回顾了最重要的实验结果，展示了量子技术的关键构件，如电驱动的通用量子门设置与自旋量子比特的量子点和超导体半导体器件的混合量子系统。最后，我们确定了最有前途的前景可扩展的量子信息处理。
2020-04-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Erasure conversion for singlet-triplet spin qubits enables high-performance shuttling-based quantum error correction
Quantum Motion（量子运动）；Department of Materials, University of Oxford（牛津大学材料系）
本文提出基于双自旋量子比特的容错纠错框架，通过引入高效的泄漏检测协议和XZZX表面码，实现纠错阈值提升和逻辑错误率降低，展示了单重-三重编码在半导体器件中实现高保真度穿梭和容错量子计算的可行性。
2026-01-15 quant-ph
