Approximate quantum counting on an NMR ensemble quantum computer
J. A. Jones, M. Mosca
我们演示了一个量子算法的实现，用于估计在搜索操作中使用两个量子位的核磁共振（NMR）量子计算机的匹配项目的数量。
We demonstrate the implementation of a quantum algorithm for estimating the number of matching items in a search operation using a two qubit nuclear magnetic resonance (NMR) quantum computer.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Solid-state NMR quantum computer with individual access to qubits and some its ensemble developments
本文分析了半导体核磁共振量子计算机的原理及其发展。个人访问计算机（B。凯恩）和替代的固态体系综方法的版本，以避免在实施第一个变种的一些困难被认为是。
Local Realistic Model for the Dynamics of Bulk-Ensemble NMR Information Processing
我们构建了一个局部真实的隐变量模型，描述了高达约12个核自旋的体系综NMR信息处理的状态和动力学。这样一个模型的存在排除了违反任何贝尔不等式，时间或以其他方式，在目前的高温，液态NMR实验。该模型没有提供有效的描述，因为隐变量的数量随着核自旋的数量呈指数增长。
Classical model for bulk-ensemble NMR quantum computation
我们提出了一个体系综NMR量子计算的经典模型：NMR样品的量子态由经典陀螺方向上的概率分布描述，量子门由经典跃迁概率描述.所有的NMR量子计算实验进行到目前为止，三个量子比特可以在这个经典模型。在几个纠缠门之后，经典模型的测量信号呈指数下降，而量子描述没有相应的下降。我们认为，对于少量的量子比特，NMR量子计算的量子本质在于避免指数信号下降的能力。
Distinctness of ensembles having the same density matrix and the nature of liquid NMR quantum computing
我们表明，不同构造的系综具有相同的密度矩阵，可以物理上区分观察波动的一些可观的。给出了系综中观测量涨落的显式表达式。这一结果挑战了佩雷斯的基本假设，似乎与广泛传播的信念相反，即具有相同密度矩阵的系综在物理上是相同的。这使我们认为，目前的液体核磁共振量子计算是真正的量子力学的性质。
Problems in realization of large-scale ensemble silicon-based NMR quantum computers
本文讨论了在硅基固态NMR量子计算机中实现系综寻址量子比特的问题。本文将Kane格式推广到带闸门的系综逼近方案。对于核量子态的初始化，本文提出了利用ENDOR技术中的固态效应，使核自旋几乎完全极化，或同样地，间接冷却到自旋温度小于~ 1 mK。提出了这种系综量子计算机可能的平面硅拓扑结构，并指出用标准NMR方法测量L ~ 10^3量子比特系统的信号对于N ≥ 10^5个系综分量是可以实现的。作为系综硅量子计算机的另一种变体，元胞自动机的无门结构也被考虑。讨论了系综量子计算机中量子态的退相干及其抑制方法。
On the quantum mechanical nature in liquid NMR quantum computing
体系综核磁共振量子计算的量子性质-最近激烈的争论的中心，是解决。讨论了混合态和纠缠的概念，分析了2量子比特液体NMR量子计算的数据。指出当前争论的关键问题是对混合态系统中纠缠的理解。本文的结论是：1）密度矩阵描述了系综中平均粒子的“状态”。它不能详细描述系综中单个粒子的状态; 2）纠缠是量子粒子（如液体NMR样品中的分子）的波函数的一种性质。密度矩阵的可分性不能用来度量混合系综的纠缠度; 3）体系综NMR量子计算中的态演化是量子力学的; 4）有效纯态密度矩阵前的系数$ε$是对系综中分子纠缠度的度量。它反映了核磁共振信号的强度，对体系综核磁共振系统中纠缠的量化没有意义。我们的结论是，液体NMR量子计算是真实的，而不仅仅是经典的模拟。
Fetching marked items from an unsorted database in NMR ensemble computing
从一个未排序的数据库中查找一个或多个有标记的项目是一个非常困难的数学问题。使用经典的计算机，它需要$O(N=2^n)$步骤来找到目标。使用量子计算机，Grover的算法使用$O(\sqrt{N=2^n})$步骤。在NMR系综计算中，Brushweiler算法使用$\log N$步骤。在这封信中，我们提出了一个算法，直接在未排序的数据库中获取标记的项目。它只需要一个查询。它可以找到单个标记项或多个标记项。
Some prospects for ensemble solid-state NMR quantum computers
作为固态NMR量子计算机的系综方案，考虑了Kane的多量子位硅方案的扩展，该方案基于31个P施主原子沿条形门纵向排列。提出了这种系综量子计算机可能的平面拓扑结构。对输出NMR信号进行了估计，结果表明，对于N>=10^5个系综元素，每个系综元素涉及L~10^3个量子比特，标准NMR方法是可用的。作为低温退相干的主要机制，（<0.1K）时，考虑了核自旋超精细相互作用的久期部分与基本原子的电子磁矩以及偶极-偶极相互作用与相邻杂质原子的核磁矩决定的量子比特共振频率随机调制的绝热过程，它是由估计的允许浓度的磁性杂质和自旋温度，从而获得所需的消相干抑制。给出了两量子比特纠缠态的半经典退相干模型。作为固态系综量子计算机的另一种变体，本文还讨论了具有反铁磁有序电子自旋的细胞自动机的无门结构。
Ancilla assisted measurements on quantum ensembles: General protocols and applications in NMR quantum information processing
量子系综形成了用于研究量子物理学、量子信息科学和光谱学中的各种现象的易于访问的架构。在这里，我们回顾了一些最近的协议，测量量子系综利用辅助系统。我们还说明了这些协议实验通过核磁共振技术。特别是，我们将回顾非侵入性测量，提取各种运营商的期望值，量子态的表征，和量子过程，最后量子噪声工程。
Solution of the Deutsch-Josza Problem by NMR Ensemble Computing without Sensitivity Scaling
基于伪纯自旋态的Deutsch-Josza量子算法的实验NMR实现表现出与量子位数的指数灵敏度缩放。通过在自旋Liouville空间中采用真正的混合自旋态，其中具有不同核自旋构型的分子代表不同的输入态，Deutsch-Josza问题可以通过单函数计算来解决，而不会伴随着位数的增加而损失灵敏度。
Decoherence of quantum states and its suppression in ensemble large-scale solid state NMR quantum computers
讨论了基于核自旋I = 1/2的P施主原子阵列的系综大规模固态NMR量子计算机中的退相干问题。本文认为，低温（< 0.1 K）退相干的主要机制是量子位共振频率随机调制的绝热过程，该过程由核自旋与基本原子、杂质顺磁原子以及杂质反磁原子的电子自旋相互作用的长期部分决定。它是由估计的允许浓度的磁性杂质和自旋温度，从而获得所需的消相干抑制。讨论了系综量子寄存器基态中随机相位误差的抑制。
A model for ensemble NMR quantum computer using antiferromagnetic structure
本文考虑了在反铁磁结构中，由于核自旋与电子磁矩的超精细相互作用而形成的一维同素周期核自旋阵列I = 1/2.这种阵列中的相邻核自旋是相反取向的，并且具有由超精细相互作用常数、施加的磁场值以及与左和右核相邻自旋的相互作用确定的共振频率。当相邻自旋具有不同和相同的状态时，核自旋的共振频率差被用于通过针对单个核自旋和具有相同共振频率的核自旋系综的选择性共振RF脉冲来控制自旋动力学。本文提出了一种基于一维同素周期自旋阵列的细胞自动机型核磁共振量子计算机模型。这个模型可以推广到一个大的并行工作的一维阵列和二维和三维结构的合奏。
Spin squeezing in an ensemble of quadrupolar nuclei NMR system
我们在核磁共振（NMR）四极系统上，研究了温度为$26^\circ{\mathrm C}$时产生的自旋压缩态。在具有溶致液晶样品的自旋$I=7/2$的$^{133}$ Cs核的系综中进行实施。我们确定的自旋压缩源，由于核的四极矩和电场梯度之间的相互作用，内部存在的分子。我们用自旋角动量表象形式化地描述了产生自旋压缩的非线性算符。通过对双模BEC系统的压缩参数和压缩角以及Wigner准概率分布函数，对自旋压缩现象进行了定性和定量的表征。本实验方案的通用性表明了它在固体物理中的潜在应用。
Witnessing nonclassical correlations via a single-shot experiment on an ensemble of spins using NMR
一个处于混合态的二体量子系统可以表现出非经典关联，这种关联可以超越量子纠缠。虽然量子不和谐是量化这种一般量子关联的标准度量，但非经典性可以通过更简单的方法通过测量见证算子来确定。我们在实验上构造了一个正映射来证明NMR系统中两个量子比特的非经典性。该映射可以被分解，使得在自旋系综上的单次实验足以检测状态中的非经典性（如果存在的话）。我们让状态随时间演变，并使用映射来检测作为时间函数的非经典性。为了评估见证算子作为检测非经典性的一种手段的有效性，我们通过在每个时间点进行全量子态断层扫描来测量量子不和谐，并在两种方法之间获得了相当好的匹配。
Solving the quantum search problem in polynomial time on an NMR quantum computer
量子搜索问题是一个重要的问题，因为一般的NP问题可以有效地解决一个unsorted量子搜索算法。这里已经表明，量子搜索问题可以在NMR量子计算机上在多项式时间内解决。NMR系综量子计算是基于量子力学幺正动力学，即封闭量子系统和它的系综都服从同一个量子力学幺正动力学，而不是基于经典NMR量子计算的伪纯态或有效纯态。基于这一新原理，我们发展了常规的NMR多量子谱，从实验上解决了搜索问题。首先将搜索问题的解信息加载到由预言机幺正操作和预言机无关幺正操作构造的幺正演化传播子上，用于激发自旋系综中的多重量子相干性.然后利用多量子光谱技术从实验上提取溶液信息.讨论了如何增强量子搜索核磁共振多量子脉冲序列的输出信号，并提出了一些增强核磁共振信号的方法。本文的工作将有助于常规高场核磁共振机有效地解决量子搜索问题。
Ensemble Algorithm for the Selection Problem by NMR Ensemble Quantum Computers
在本文中，我们提出了一个集成算法的选择问题，找到第k个最小的元素在未排序的数据库。我们将使用“分治”策略搜索第k个最小元素。我们首先将数据库的域D划分为两部分，确定所查找的对象元素属于这两部分中的哪一部分，然后集中于该部分。我们重复划分该部分，直到找到对象元素。确定哪一部分取决于集合计数方案的输出，该方案输出满足oracle查询函数值的赋值的数量设置为1。我们的算法通过构造一个新的Oracle查询函数g_y（j）来修改集合计数方案。如果第j个元素小于或等于y，则我们将g_y（j）设置为1。首先，我们将y设置为D的中间值，并使用Oracle查询函数g_y（.）为了计算数C，满足g_y（j）=1的j的个数。如果C>k，则对象元素位于D的前半部分。如果C<=k，那么它一定在D的后半部分。我们递归地应用这种方法，通过调整y直到找到目标元素。因此，我们的算法需要O（ln |D|）Oracle查询以获得足够的测量精度来找到第k个最小元素，其中|D|表示D的大小。
Use of composite rotations to correct systematic errors in NMR quantum computation
我们实现了一个系综量子计数算法的三个NMR光谱仪与1H共振频率为500，600和750 MHz。在更高的频率下，结果明显偏离天真的理论预测。这些系统误差几乎可以完全归因于非共振效应，这可以通过使用最初由Tycko开发的完全补偿复合旋转脉冲序列来基本上校正。我们还推导出一个解析表达式生成这样的序列与任意旋转角度。
Electron-electron double resonance detected NMR spectroscopy using ensemble NV centers at 230 GHz and 8.3 Tesla
氮空位（NV）中心使得在低磁场下的纳米级核磁共振（NMR）光谱的广泛研究成为可能。在高磁场下的核磁共振光谱显著提高了该技术的光谱分辨率，从而能够清楚地识别密切相关的化学物质。然而，NV检测的NMR通常使用通过电子自旋回波包络调制（ESEEM）的AC感测来执行，电子自旋回波包络调制是一种在高磁场下不可行的超精细光谱技术。在本文中，我们已经探索了NV检测NMR技术的高场NMR的应用。我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与NV拉莫尔频率为230 GHz，在8.3特斯拉，对应于质子NMR频率为350 MHz。我们还演示了使用NV中心的电子-电子双共振检测NMR（EDNMR）的首次测量，并成功地检测到$^{13}C$核浴自旋。所描述的技术受纵向弛豫时间（$T_1$）限制，而不受横向弛豫时间（$T_2$）限制。该方法在8.3 T和更高磁场下进行外部自旋纳米级NMR的未来应用也进行了讨论。
A polynomial-time solution to the parity problem on an NMR quantum computer
提出了一种有效的量子算法，在多项式时间内解决奇偶性问题，无论是在传统的量子计算和经典计算，NMR量子计算机上的最困难的问题之一。它基于量子系综中的量子平行性原理、选择性退相干操作和NMR相敏测量。量子算法的量子线路是明确设计的。
Machine learning with controllable quantum dynamics of a nuclear spin ensemble in a solid
我们实验证明量子机器学习使用NMR量子水库计算的框架的基础上。水库计算是为了利用具有大自由度的自然非线性动力学，其被称为水库，用于机器学习目的。在这里，我们提出了一个具体的物理实现的量子水库使用可控动力学的核自旋系综在分子固体。在这个实现中，我们演示了具有低均方误差的二进制或连续变量输入的非线性函数的学习。我们的实现和演示为利用NMR系综系统中的量子计算优势进行可达技术的信息处理铺平了道路。
Experimental realization of post-selected weak measurements on an NMR quantum processor
后选择实验结果的能力是一个有用的理论概念和实验工具。在弱测量的背景下，后选择可以导致令人惊讶的结果，例如特征值范围之外的复杂弱值。通常后选择是通过投影测量来实现的，这在NMR等系综系统中很难实现。我们展示了在NMR量子信息处理器上进行后选择弱测量的第一个实验。我们的设置是用于测量复杂的弱值和弱值的范围外的特征值。解决系综量子计算机中后选择问题的方案是通用的，可以应用于任何基于电路的实现。该实验为研究和利用投影测量难以实验实现的系统中的后选择和弱测量铺平了道路。
Initialization of NMR Quantum Registers using Long-Lived Singlet States
已知在一定条件下的核自旋对系综表现出比其他非平衡态长得多的单重态寿命。单重态的这种性质可以在量子信息处理中被利用，用于量子寄存器的有效初始化。在这里，我们描述了一个一般的方法初始化和实验证明它与两个，三个和四个量子位核自旋寄存器。
Quantum Correlations in NMR systems
在传统的NMR实验中，核自旋系综的塞曼能隙远低于它们的热能，因此表现出微小的极化。通常，这种低纯度量子态没有量子纠缠。然而，存在某些非经典关联，即使在这样的系统中也可以观察到。在本章中，我们讨论三种这样的量子关联，即量子上下文性，Leggett-Garg时间关联和量子不和谐。在每种情况下，我们提供了一个简短的理论背景，然后描述了一些NMR实验的结果。
Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
体量子材料的核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）光谱学提供了对诸如量子相临界性、磁性和超导性等现象的洞察。随着具有磁性现象的纳米级2-D材料的出现，感应检测的NMR和NQR光谱学不足以灵敏地检测纳米材料中的较小数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心已经显示出将NMR和NQR光谱的分析能力带到纳米级的希望。然而，由于缺陷中心的深度依赖性形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于极化自旋的表面NMR的理想NV深度存在模糊性。在这项工作中，我们准备了一系列的浅NV系综层深度，并确定了理想的NV深度进行NMR光谱的偏振\fluorine{}在Fomblin油的金刚石表面。我们发现，使用XY 8-N噪声光谱实现SNR为3所需的测量时间在NV深度为5.4 nm处最小。为了证明NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR光谱。我们比较我们最好的金刚石与以前的工作与一个单一的NV，发现这个合奏提供了一个较短的测量时间与激发直径小至4 $μ$ m。该分析为进一步的实验提供了理想的条件，这些实验涉及具有磁性的2-D材料的NMR/NQR光谱。
Entanglement Assisted Metrology
基于核磁共振（NMR）技术和量子信息处理（QIP）所设想的对多体系统的相干控制，我们提出了一种测量单自旋态的新方法.单个目标自旋通过自然磁偶极相互作用耦合到大量自旋系综。应用外部射频（rf）脉冲，我们可以控制系统的演化，使自旋系综达到两个正交状态之一，其集体性质根据目标自旋的状态而不同，并且易于测量。我们首先描述了这个测量过程中使用QIP门，然后我们展示了如何等效的计划可以定义在自旋系统的哈密顿量，从而实现在真实控制的条件下，使用完善的NMR技术。我们证明了这种方法的原理实验证明系综液态NMR和模拟小自旋系统。
Implementation for Solving Random Satisfiability Problems through CNOT-based circuits in a NMR Quantum Processor
给出了用多量子位控制非门和非门等基本逻辑门构造随机\QTR{it}{satisfiability}（SAT）量子线路的一般方法。这些电路的大小几乎与SAT公式的大小相同。此外，一个并行化方案，以解决随机SAT问题，有效地通过这些量子线路在\QTR{it}{nuclear magnetic resonance}（NMR）系综量子计算。该方案利用真正的混合态而不是伪纯态作为输入态，并结合NMR谱的拓扑性质，以并行的方式识别SAT问题的解。该方案对几个典型的SAT问题进行了实验验证，取得了良好的性能。
Quantum Memory Enhanced Multipoint Correlation Spectroscopy for Statistically Polarized NMR
本研究提出一种结合相关光谱和量子异频检测的多点相关光谱法，用于提高统计极化纳米尺度核磁共振的灵敏度和测量效率。
Spin counting via projection noise measurement of mesoscopic solid-state spin ensemble
利用高对比度ODMR技术直接测量室温下NV色心介观系综的量子投影噪声，实现自旋计数并提升磁测量灵敏度。
Dynamical decoupling methods in nanoscale NMR
核磁共振（NMR）方案可以借助于量子传感器（例如金刚石中的氮空位（NV）色心）应用于微米和纳米尺寸的样品。这些微小的设备允许在环境条件下以高空间和频率分辨率对核自旋系综进行磁力测量，从而在化学，生物学，医学和材料科学等不同领域产生明显的影响。在实践中，NV量子传感器由具有双重目的的微波（MW）控制场驱动：一方面，MW场桥接NV与附近核之间的能隙，这使得它们之间能够进行相干和选择性耦合，而另一方面，MW场去除NV上的环境噪声，从而导致增强的询问时间。在这项工作中，我们审查不同的MW辐射模式，或动态去耦技术，纳米级NMR应用。
Reversible Projective Measurement in Quantum Ensembles
我们提出的实验NMR演示方案的可逆投影测量，它允许提取信息的结果和概率的投影测量在一个非破坏性的方式，与最小的净效应的量子态的合奏。该方案使用可逆动力学和中间态的弱测量。实验系统是在液晶基质中的133 Cs（S = 7/2）核的系综。
Algorithmic Cooling and Scalable NMR Quantum Computers
我们在这里提出算法冷却（通过极化热浴）-一个强大的方法，在有限的温度下，在液体核自旋系统中获得大量的高度极化的自旋。考虑到自旋半态代表（量子）比特，算法冷却通过采用一组快速热弛豫比特来清除数据压缩上香农界限之外的脏比特。这样的辅助位可以使用与环境快速进入热平衡的自旋来实现，电子自旋在不冷却环境的情况下将自旋冷却到非常低的温度可能会导致核磁共振实验的突破，我们的"自旋制冷“方法表明这是可能的。核磁共振系综计算机的尺度问题可能是构建有用的量子计算设备的主要障碍，我们的自旋制冷方法表明这个问题可以解决。
Testing contextuality on quantum ensembles with one clean qubit
我们提出了一个协议，以评估的期望值的测量结果的合奏量子系统的相关性，并用它来实验证明-在公平采样的假设下-违反的不平等，满足任何非上下文隐藏变量（NCHV）理论。该实验是在固态分子核自旋系综上进行的，使用已建立的核磁共振（NMR）技术进行量子信息处理（QIP）。
High-Sensitivity Optical Detection of Electron-Nuclear Spin Clusters in Diamond
研究利用室温氮空位中心极化自旋簇进行高灵敏核磁共振检测，揭示多自旋簇的尖锐核磁共振特征，并实现碳13自旋簇的高精度核磁共振与相干控制。
Experimental realization of a fetching algorithm in a 7 qubit NMR quantum computer
从未排序的数据库中搜索标记项目是一个重要的科学问题，也是计算设备的基准。使用一个7量子位的液体核磁共振量子计算机，我们已经成功地证明了一个混合的量子提取算法，发现标记的项目，只有一个单一的查询。其基本思想是量子计算机的并行操作。我们给出了7个量子比特相干控制的详细脉冲序列。该脉冲序列不仅可用于系综量子计算，而且可作为一种通用的控制门，用于量子算法的实验设计和其他量子计算机方案中的一般量子信息处理任务.还提供了可扩展到任意量子比特数的算法的推广。
Scaling issues in ensemble implementations of the Deutsch-Jozsa algorithm
我们讨论了合奏版本的Deutsch-Jozsa（DJ）算法，试图提供一个“可扩展的”实现的期望值NMR量子计算机。我们表明，这种合奏实现的DJ算法是最好的经典随机算法一样有效。一旦试图确定地对所有可能的功能进行分类，实现这一目标就需要大量的分子。这种差异是由对混合态密度矩阵的解释引起的。
Constant-time solution to the Global Optimization Problem using Bruschweiler's ensemble search algorithm
利用集成算法获得了连续全局优化问题的常时间解。我们表明，在一定的假设下，解决方案可以保证通过映射到一个离散的未排序的搜索问题的GOP，因此，Escherichweiler的合奏搜索算法。对于足够的测量技术的灵敏度，集成搜索算法的查询复杂度线性依赖于函数的域的大小。最终NMR实现的优点和局限性进行了讨论。
A prime factorization based on quantum dynamics on a spin ensemble (I)
本文描述了如何利用量子力学中的幺正动力学来解决自旋系综上的素因子分解问题，而不考虑任何量子纠缠。素因子分解的系综量子计算是基于这样一个基本原理：如果一个封闭的量子系统及其系综中不存在退相干效应，那么该系统及其系综都服从同一个量子力学幺正动力学.它采用NMR多量子测量技术输出自旋系综的同相多量子谱。已经表明，用于搜索模指数函数的周期的同相NMR多量子谱强度可以仅以自旋系综的量子比特数的多项式形式减少。量子计算机上模指数运算的时间演化过程服从量子力学的幺正动力学，因此计算输出受量子动力学控制。量子计算机与经典计算机的这一本质区别可能是量子计算在没有任何量子纠缠的自旋系综的素因子分解中优于经典计算的关键。证明了基于自旋系综量子动力学的素因子分解至少是局部有效的。这支持了量子动力学可能对量子计算功率的起源起重要作用的猜想，而量子纠缠不可能是在素因子分解中获得量子计算功率的唯一资源。
Simulating open quantum dynamics on an NMR quantum processor using the Sz.-Nagy dilation algorithm
本研究在NMR量子处理器上实验实现Sz.-Nagy膨胀算法，用单辅助量子比特模拟开放量子动力学，并通过凸优化量子过程层析验证模拟质量。
Principles and Demonstrations of Quantum Information Processing by NMR Spectroscopy
本文综述了近年来我们在核磁共振（NMR）谱处理量子信息方面的研究进展。我们首先介绍了几何的NMR的合奏不可区分的自旋，然后显示如何将这种几何解释包含在一个代数的多自旋产品运营商。在本文的其余部分中，我们将使用这个代数来证明它提供了一个简单的框架，在这个框架内可以更普遍地研究量子信息处理。通过NMR实现量子算法取决于特殊类型的混合态（称为伪纯态）的可用性，我们考虑了许多不同的方法来制备这些状态，并分析了它们如何随自旋数而变化。涉及这种宏观伪纯态的过程的量子力学性质也是一个有争议的问题，为了讨论这个问题的具体条款，我们提出了核磁共振实验的结果，构成了一个宏观模拟哈代悖论。最后，一个详细的产品运营商的描述给出了最近的NMR实验，证明了一个三位量子纠错码，使用场梯度来实现一个精确已知的退相干模型。
Dynamical decoupling of interacting dipolar spin ensembles
我们证明，CPMG和XYXY去耦序列与非理想的$π$脉冲可以减少偶极之间的相互作用的自旋相同的物种在固体。脉冲电子自旋共振（ESR）实验的模拟结果表明，具有小缺陷（$<$ ~10\%）的$π$转动会使瞬时扩散重聚焦.在这里，棘手的N体问题的相互作用偶极子近似的平均演变的一个单一的自旋在一个不断变化的平均场。这些计算与实验吻合得很好，并且不需要强大的硬件。我们的结果增加了过去试图解释类似的现象，在固态核磁共振（NMR）。虽然NMR的基本物理学与ESR相似，但ESR中更大的线宽和与核自旋相比电子自旋之间更强的偶极相互作用排除了仅从NMR研究中得出结论。对于散装自旋，我们还发现，使用XYXY的结果在推导出的回波衰减时间的通货膨胀较少相比，与CPMG获得的衰变。
On Statistical Query Sampling and NMR Quantum Computing
我们引入了一个“统计查询采样”模型，其中算法的目标是以合理的概率产生隐藏集合$Ssubseteqbit^n$中的元素。该算法通过oracle调用（统计查询）获得关于$S$的信息，其中该算法提交查询函数$g(cdot)$并接收对$Pr_{x in S}[g(x)=1]$的近似。我们展示了这个模型是如何与NMR量子计算，其中只有统计特性的量子系统的合奏可以测量，特别是一个问题，是否可以将标准的量子算法的NMR设置，而不把所有的经典后处理到量子系统。使用傅立叶分析技术在相关的背景下{em统计查询学习}，我们证明了一些下界（信息理论和密码）的算法产生一个$xin S$的能力，即使当集$S$是相当简单的。这些下限指出了将NMR量子计算有效地应用于诸如Shor和Simon算法之类的涉及显著经典后处理的算法的困难。我们还明确地将统计查询采样的概念与统计查询学习的概念联系起来。一个扩展的摘要出现在2003年第18届IEEE计算复杂性年会（CCC 2003）上。关键词：统计查询，核磁共振量子计算，下界
Hyperpolarisation of external nuclear spins using nitrogen-vacancy centre ensembles
金刚石中的氮空位（NV）中心已成为非侵入性超极化分子系统中的核自旋以提高核磁共振（NMR）实验灵敏度的候选者。几个有希望的原理实验证明了从单个NVs到金刚石外部的氢自旋的小规模极化转移。然而，这些结果的使用密集的NV合奏，这是一个必要的先决条件，实现现实的NMR灵敏度增强的规模，尚未得到证明。在这项工作中，我们提出了证据的极化之间的相互作用的浅NV合奏和外部核目标在微米尺度上，并在实现有用的极化增强的挑战。在与固态靶中的氢相互作用的最有利的示例中，测量每秒每NV的$\approx 7500$自旋的最大极化转移速率，在包含有序$10^6$ NV的区域上求平均。降低水平的极化效率被发现为液态的目标，其中分子扩散限制的转移。通过理论模型的分析，我们发现，我们的研究结果表明，实施这种技术的核磁共振灵敏度增强是可行的，以下现实的金刚石材料的改进。
A convenient method to prepare the effective pure state in a quantum ensemble
提出了一种简便的制备有效纯态的方法|00... 0><0. 00|在量子系综中有任意数量的量子比特。该制备基于时间平均（Knill，Chuang和Laflamme，Phys.Rev.A57，3348（1998））。将制备有效纯态的量子线路设计成统一的系统形式，并将其完全分解为一系列单量子位量子门和双量子位对角量子门的乘积。该制备方法可方便地在NMR量子计算机上编程实现。
NMR implementation of Quantum Delayed-Choice Experiment
我们首次报道了利用核磁共振技术实现量子延迟选择实验。每个分子都有两个自旋为1/2的原子核作为目标和辅助量子比特，以执行相应的延迟选择设置的量子线路。正如理论上所预期的那样，我们的实验清楚地证明了目标量子比特在粒子状和波动状行为之间的连续变形。干涉图样的实验可见度与理论符合得很好。
An Ergodic Theorem for Quantum Counting Processes
对于一个量子力学计数过程，我们证明了遍历性，条件是底层的开放量子系统在时间平均上接近平衡。这意味着检测电流的关联函数的时间平均值和总体平均值对于所有阶数和概率1是相等的。
Nanoscale NMR Spectroscopy using Self-Calibrating Nanodiamond Quantum Sensors
常规的核磁共振（NMR）光谱依赖于从分子的宏观系综获取信号以获得关于分子结构和动力学的信息。将这种技术转移到纳米级样品大小将使分子分析没有平均的影响，在空间和时间的不均匀性，而不需要宏观体积的分析物，这两个固有的大合奏测量。基于大块金刚石芯片内部的氮空位（NV）中心的纳米级NMR实现了单核自旋灵敏度和确定化学结构所需的分辨率，但对于最敏感的设备，它们的检测体积仅限于金刚石表面上方几纳米。这使得它们无法在较厚的结构（如细胞）内以纳米级分辨率用于核自旋传感。在这里，我们展示了在（19 nm）3体积中使用多功能NV-NMR设备内的纳米金刚石，具有典型的30 nm直径的NMR信号从多个核素的检测。该装置检测由少量分析物分子产生的信号，数量级为1000。为了原位使用这些装置，必须针对每个纳米金刚石装置的未知几何形状校正检测到的信号。我们表明，这样的校准可以通过利用金刚石表面上的原子核薄层的信号来执行。这些结果，结合纳米金刚石的低毒性和它们对表面功能化的顺从性，表明纳米金刚石NV-NMR装置可以成为活细胞内基于纳米级NMR的传感的有用工具。
Statistical comparison of ensemble implementations of Grover's search algorithm to classical sequential searches
我们比较伪纯状态集成实现，量化的初始极化和合奏大小，格罗弗的搜索算法的概率经典顺序搜索算法的成功和失败概率。我们提出了一个标准，用于量化的集成实现所使用的资源，通过在整个集成的Oracle调用的总数，并使用此作为与经典的搜索算法进行比较的基础。我们确定一个临界极化的界限，使合奏算法成功的概率比概率经典的顺序搜索。我们的结果表明，临界极化标度为N^（-1/4），其中N是数据库大小，对于典型的室温溶液态NMR，极化使得Grover算法的系综实现在N > 10 ^（22）时是有利的
Accurate Atom Counting in Mesoscopic Ensembles
许多冷原子实验依赖于精确的原子数检测，特别是在量子增强计量学的背景下，单粒子水平的效应很重要。在这里，我们调查的限制，原子数计数通过共振荧光检测的介观样品的被困原子。我们的特点，这些荧光测量的精度开始从单原子水平超过一千。通过研究主要的噪声源，我们获得了原子数高达1200的单原子分辨率。这种能力是未来实验的介观原子系综的高度纠缠态的一个必要的先决条件。
Direct tomography of quantum states and processes via weak measurements of Pauli spin operators on an NMR quantum processor
本研究提出基于弱测量的高效直接量子态与过程层析成像方案，构建通用量子电路利用标量J耦合调控相互作用，在NMR量子处理器上实验实现，可精准表征多类量子态与过程。
Magnetization and Polarization of Coupled Nuclear Spin Ensembles
本研究证明了高场下热力学平衡态中一般自旋I系统的总NMR信号与自旋等价单元划分无关的定理，通过两种方法推导，指出其不适用于非平衡态及零/超低场NMR，并设计了教学问题，巩固了磁共振相关原理。
Experimental Heat-Bath Cooling of Spins
原子冷却（AC）是一种净化量子系统的方法，例如核自旋的集合，或光晶格中的冷原子。当应用于自旋时，AC产生高度极化的自旋的集合，这增强了核磁共振（NMR）中的信号强度。根据这种冷却方法，在恒定磁场中的自旋半核被认为是比特，或者更准确地说，量子比特，在已知的概率分布。然后使用普通的NMR量子计算工具将这些比特上的数学步骤翻译成专门设计的NMR脉冲序列。自旋的$algorithmic$冷却是通过交替地将可逆的、熵保持的操作（从数据压缩算法借用）与$selective$ $reset$（将熵从所选自旋转移到环境）相结合来实现的。理论上，将算法冷却应用于足够大的自旋系统可能会产生远远超出香农熵守恒极限的极化。在这里，只执行选择性重置步骤，因此我们更喜欢将此过程称为“热浴”冷却，而不是算法冷却。我们在这里实验性地实现了两个连续的选择性重置步骤，将熵从两个选定的自旋转移到环境中。我们用市售的标记分子在标准液态NMR光谱仪上进行了这样的冷却实验。我们的实验产生了$bypass$ $Shannon's$ $entropy$ - $conservation$ $bound$的极化，因此整个自旋系统被冷却。这篇论文最初于2005年提交，首先提交给《科学》杂志，然后提交给《美国国家科学院院刊》，并包括随后几年的其他结果（例如，2007年重新提交）。Postscriptum包含更多细节。
Experimental Demonstration of Quantum Lattice Gas Computation
我们报告了扩散方程的量子格子气算法的系综核磁共振（NMR）实现。该算法采用了一系列量子信息处理器共享经典信息，一种新的架构被称为II型量子计算机。这个具体的实现提供了一个测试示例，从中可以探索这种新计算范式的优势和局限性。NMR实验包括将质量密度编码到16个双量子位量子信息处理器的阵列上，然后通过算法的7个时间步长进行计算。结果表明，与扩散动力学的解析解吻合良好。我们还描述了NMR实现的数值模拟。模拟有助于确定实验误差的来源，并有助于确定实施的限制。
Noncommuting vector fields, polynomial approximations and control of inhomogeneous quantum ensembles
在相干光谱和量子信息处理中，寻找能够补偿量子系统演化参数色散的控制场（脉冲序列）是一个重要的问题。在系统动力学中使用复合脉冲来补偿色散是广泛已知和应用的。在本文中，我们明确的动态，使这样的补偿可能的关键方面。我们强调的作用，李代数和非交换性的补偿脉冲序列的设计。最后，我们研究了NMR光谱中的三种常见的色散，拉莫尔色散，射频不均匀性和自旋之间的耦合强度。
Rapid production of many-body entanglement in spin-1 atoms via cavity output photon counting
我们提出了一种简单有效的方法，用于在自旋为1的原子系综中产生计量学上有用的量子纠缠，该原子系综与高精细度光腔模相互作用。它需要在$m_F=0$子能级中直接制备$N$原子，剪裁原子-场相互作用以给出集体自旋1系综的有效Tavis-Cummings模型，以及对腔输出场的光子计数测量。光子数提供了集体自旋长度$S$的投影测量，对于所选择的初始状态，其在值$S\simeq\sqrt{N}$周围被重加权，对于该值，相应的自旋状态被强烈纠缠并且表现出与$N$的自旋灵敏度的海森堡标度，如由量子费舍尔信息量化的。
An interferometric complementarity experiment in a bulk Nuclear Magnetic Resonance ensemble
我们已经实验证明了干涉互补性，它涉及的可测量性$D$量化的量的哪一个方式（WW）的信息的条纹可见度$V$表征量子实体的波特征，在一个散装合奏核磁共振（NMR）技术。我们主要关注中间情况：部分条纹可见度和不完整的WW信息。我们提出了一种替代几何策略的$D$的定量度量，并研究了$D$与纠缠之间的关系.通过独立地测量$D$和$V$，证明了对偶关系$D^{2}+V^{2}=1$对于标记物的纯量子态成立。
Coherent control of solid state nuclear spin nano-ensembles
探测和控制核自旋纳米系综对于核磁共振（NMR）光谱学的进一步发展和新兴的固态量子技术至关重要。在这里，我们提出了一个$\approx$ 1纳米厚的金刚石层的制造组成的$^{13}$ C核自旋掺杂的氮空位中心（NV）嵌入在一个无自旋的$^{12}$ C晶体基质。该层附近的单个NV用于$^{13}$ C自旋的极化和其磁化的读出。我们展示了一种方法，通过使用射频脉冲的相干控制的几十个核自旋，并显示基本的相干控制实验-拉比振荡，拉姆齐光谱和哈恩回波，但任何NMR脉冲序列可以实现。所示的结果提出了实现基于核自旋的量子模拟器的第一步。
Practical Implementations of Twirl Operations
Twirl操作将不纯的单重态转化为Werner态，在许多纠缠纯化方案中起着重要作用。在本文中，我们描述了实现旋转操作的策略，重点是适合于系综量子信息处理器，如核磁共振（NMR）量子计算机的方法。我们利用液态核磁共振技术在一般的双自旋混合态上实现了旋转操作，证明了我们可以获得高保真的单重态Werner态。
Numerical Analysis of Boosting Scheme for Scalable NMR Quantum Computation
在从热平衡开始的系综量子计算初始化方案中，Schulman和Vazirani [L. J. Schulman和U. V. Vazirani，在Proceedings of the 31st ACM Symposium on Theory of Computing（STOC'99）（ACM Press，New York，1999），pp. 322-329]以简单的量子线路来重新分布量子比特的偏置（偏振）和小的时间复杂度而闻名。然而，我们的数值模拟表明，该方案初始化的量子位数比冯诺伊曼熵预期的要小得多，因为单个量子位的二进制熵之和增加了，这表明总的经典相关性增加了。这个结果--也就是说，总的二元熵有如此显著的增长--与他们的分析不一致。
Evolution of Quantum Discord and its Stability in Two-Qubit NMR Systems
利用核磁共振技术研究了两量子比特核自旋系统系综中量子关联的演化。我们使用不和谐作为量子相关性的度量，并将沃纳态作为一个明确的例子。我们首先介绍了测量两量子比特系统中不和谐和几何不和谐的不同方法，然后描述了以下实验研究：（a）我们定量测量了使用纠缠脉冲序列制备的Werner类态的不和谐。一个初始的零不和谐的热态逐渐周期性地转变为一个最大不和谐的混合态。不和谐的上升和下降的实验和模拟行为相当吻合。(b)我们研究了动态解耦序列在保持量子相关性方面的效率。在我们的实验装置中，动态解耦序列以高保真度保留了密度矩阵的无痕部分。但是它们不能保持量子态的纯净，因此无法阻止不和谐的衰减。(c)我们观察了射频自旋锁过程中单重态-三重态混合态不和谐的演化。一个简单的弛豫模型描述了不和谐的演变，以及伴随而来的长寿命单重态保真度的演变，相当不错。
Experimental implementation of heat-bath algorithmic cooling using solid-state nuclear magnetic resonance
我们在这里报告的实验实现的多步冷却的量子系统通过热浴算法冷却。该实验使用固态系综三量子比特系统的核磁共振（NMR）进行。
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