Operation of universal gates in a DXD superconducting solid state quantum computer
Alexandre Blais, Alexandre M. Zagoskin
我们证明了在DXD超导固态量子计算机（quamputer）中可以实现完整的门集，从而证明了它的普适性。
We demonstrate that complete set of gates can be realized in a DXD superconducting solid state quantum computer (quamputer), thereby proving its universality.
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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Gate errors in solid state quantum computation
我们回顾了我们在各种固态量子计算机体系结构中非共振门和固态环境之间的相互作用以及由此产生的门误差方面的工作。特别地，我们证明了绝热条件在小量子点中是可以满足的，而更高能量的激发态在基于库珀对盒的量子计算机模型的演化中起着重要的作用.我们还表明，复杂的能带结构，如硅可以构成一个严重的栅极控制问题。
Decoherence and gate performance of coupled solid state qubits
固态量子比特是实现{ \em scalable}量子计算机的有希望的候选者。然而，由于固态系统的许多额外自由度，它们通常受到退相干的强烈限制。我们研究了一个系统的两个固态量子位耦合通过$σ_z^{(i)} \otimes σ_z^{(j)}$类型的耦合。这种设置对于{ \em pseudospin}固态量子比特（例如电荷或通量系统）是典型的。我们评估退相干特性和门品质因数的存在下，一个共同的和两个不相关的浴耦合到$σ_z$，分别。我们发现，在低温下，不相关的浴降低门质量更严重。特别是，我们表明，在公共浴槽的情况下，可以在非常低的温度下达到CPHASE门的最佳门性能，因为我们的耦合类型与去相干耦合互换，这使得这种类型的耦合与之前研究的方案相比具有吸引力使用$σ_y^{(i)} \otimes σ_y^{(j)}$耦合。虽然不太明显，但这一优势也适用于CNOT门。
Randomized benchmarking and process tomography for gate errors in a solid-state qubit
我们提出了测量单量子比特的超导量子比特门误差。从量子过程断层扫描和随机基准的结果进行比较，从双π脉冲实验获得的门误差。随机基准测试揭示了1.1+/-0.3%的最小平均门误差和保真度对门数量的简单指数依赖。它表明，门保真度的限制主要是由量子比特退相干，与理论一致。
Controlled phase gate for solid-state charge qubits
我们描述了一种实现固态电荷量子比特的受控相位门的机制。通过用辅助状态增加位置定义的量子位，并改变三点系统中的电荷分布，我们能够有效地切换库仑相互作用，实现纠缠门。我们考虑两种架构，并数值研究其鲁棒性门噪声。
The Exchange Gate in Solid State Spin Quantum Computation: The Applicability of the Heisenberg Model
固态量子计算方案依赖于纳米结构中局域自旋之间交换门的绝热操作。本文研究了外磁场中半导体量子点间海森堡相互作用的修正。使用精确对角化，我们得到的绝热近似的有效性制度。我们还发现定性校正海森堡模型在高磁场和循环阵列的自旋。局域自旋的环形几何产生通量相关的多自旋项，超出了基本海森堡模型。
Implementations of more general solid-state (SWAP)$^{1/m}$ and controlled-(swap)$^{1/m}$ gates
通用量子门是量子信息处理的核心器件。我们设计了两种方案，通过将飞行的单光子引导到固态量子点来实现更一般的（SWAP）$^{1/m}$和受控的（交换）$^{1/m}$门（对于整数$m\geq1$）。通过调节两个四分之一波片和一个半波片，可以容易地控制参数$m$。不需要额外的计算量子位来构建这两个门。门的评估表明，我们的建议是可行的，目前的实验技术。
Realizing flexible two-qubit controlled phase gate with a hybrid solid-state system
提出了一种实现灵活的双量子比特控制相位门的理论方案。利用传输线谐振器诱导金刚石中的氮空位与超导量子比特之间的耦合。N-V中心作为控制量子位，超导量子位作为目标量子位。通过调节外磁通，我们获得了随机超导量子比特与传输线谐振器之间理想的耦合。此外，我们的协议可以通过目前的实验技术来实现。
Efficient purification protocols using iSWAP gates in solid-state qubits
我们展示了一个有效的纯化协议，在固态量子比特通过取代通常的双边CNOT门的双边iSWAP门。我们还表明，这种替代可以应用于育种和哈希协议，这是有用的量子态纯化。这些替换减少了脆弱和繁琐的双量子位操作的数量，使固态量子位的量子信息处理更加可行。作为例子，我们还提出了所需的时间进行状态纯化使用超导或半导体量子位的定量分析。
A Non-Adiabatic Controlled Not Gate for the Kane Solid State Quantum Computer
利用迭代预解式的方法得到了Kane固态量子计算机中相邻量子比特的有效哈密顿量。与凯恩提议中固有的绝热门过程相反，我们表明，由这种有效的哈密顿量产生的量子比特-量子比特系统的自由演化，结合单个量子比特操作，足以产生受控非（c-NOT）门。因此，通常的通用门的集合可以在凯恩量子计算机上获得，而不需要如凯恩所规定的可控参数的绝热切换。通过数值模拟确定了这种非绝热c-NOT门的保真度和门时间。
Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register
保护耦合量子系统的动力学不受环境的影响是固态量子信息处理的关键挑战。一个空闲的量子比特可以通过动态解耦有效地与外界绝缘，正如最近对单个固态量子比特所证明的那样。然而，在多量子比特门期间保护量子比特相干性提出了一个重要的问题：一般来说，解耦破坏了量子比特间的动态特性，因此与门操作冲突。这个问题在混合系统中尤为突出，其中不同类型的量子比特以截然不同的速率演化和退相干。在这里，我们提出了集成的动态解耦到量子门的一个范例的混合系统，电子核自旋寄存器。我们的设计利用耦合自旋系统中的内共振来解决门操作和解耦之间的冲突。我们实验证明，这些门在室温下工作的两个量子位寄存器的钻石。量子断层扫描显示，门操作中涉及的量子位与空闲量子位一样受到精确保护。我们通过执行Grover的量子搜索算法进一步说明了我们的设计的力量，即使执行时间超过电子自旋退相时间两个数量级，也能实现90%以上的准确性。我们的研究结果直接使不同类型的有前途的固态量子位之间的退相干保护接口门。最终，具有集成去耦的量子门可以使得能够达到利用固态器件的容错量子信息处理的精度阈值。
A quantum logic gate between a solid-state quantum bit and a photon
集成量子光子学为量子网络、量子计算机和超低功率光电设备的可扩展固态实现提供了一条有前途的途径。许多这些应用的关键组件是光子量子逻辑门，其中固态量子位（qubit）的量子态有条件地控制光子量子位的状态。这些门对于发展稳健的量子网络、非破坏性量子测量和强光子-光子相互作用至关重要。在这里，我们实验上实现了一个光学光子和固态量子比特之间的量子逻辑门。量子比特由强耦合到纳米腔的量子点（QD）组成，纳米腔充当相干可控的量子比特系统，其在皮秒时间尺度上有条件地翻转光子的偏振，实现受控非（cNOT）门。我们的研究结果代表了向固态量子网络迈出的重要一步，并为探测超快时间尺度上的量子点-光子相互作用提供了一种通用的方法。
99.92%-Fidelity CNOT Gates in Solids by Filtering Time-dependent and Quantum Noises
不可避免的与库的相互作用大大降低了非局域门的性能，这阻碍了实际的量子计算的存在。在室温下，我们通过抑制固态自旋系统中的复杂噪声，实现了保真度为99.920（7）%的受控非门。我们发现，在以往的工作中，保真度限制在99%是由于只考虑了静态噪声，因此，在本工作中，还包括了含时噪声和量子噪声。所有噪声都通过精心设计的整形脉冲进行动态校正，使误差低于$10^{-4}$。剩余门误差主要来自纵向弛豫和波形畸变，这两个方面都可以在技术上进一步减小。我们的抗噪声方法是通用的，并将有益于其他固态自旋系统。
Design and optimisation of quantum logic circuits for a three-qubit Deutsch-Jozsa algorithm implemented with optically-controlled, solid-state quantum logic gates
我们分析了量子逻辑电路的设计和优化，适用于基于光控固态量子逻辑门的三量子比特量子计算原型的实验演示。在这些门中，由供体的电子自旋携带的两个量子比特之间的相互作用由放置在它们附近的控制粒子的光激发介导。首先，我们用几何方法分析这些量子门的纠缠特性。然后，使用遗传编程算法，我们开发电路的改进Deutsch-Jozsa算法调查不同的策略，以获得短的总计算时间。我们测试了两种不同的方法，基于使用不同的纠缠门与最短的门计算时间，然而，不引入泄漏的量子信息的控制粒子。第一组利用控制相位门的快速近似作为纠缠门，而另一个任意纠缠门与第一组相比具有更短的门计算时间。我们已经确定了电路，始终较短的总计算时间时，使用受控相位门。
Experimental fault-tolerant universal quantum gates with solid-state spins under ambient conditions
量子计算在某些问题上比经典计算提供了更大的加速。量子计算的关键挑战之一是在存在噪声的情况下实现对量子系统的精确控制。在环境条件下，以容错量子计算所需的精度控制固体中的自旋量子比特仍然是难以捉摸的。在这里，我们定量表征噪声源在量子门操作和演示策略，以抑制这些影响。本文报道了一组在金刚石中氮空位中心的通用逻辑门，其平均单量子位门保真度为0.999952，双量子位门保真度为0.992。通过复合脉冲和优化的控制方法，在室温下在天然丰富的13 C金刚石中实现了这些高控制结晶度。
Highly resilient, error-protected quantum gates in a solid-state quantum network node
本研究提出PUDDINGs框架，通过抗幅度和频率误差的量子门设计，在固态系统中实现高保真度的量子门操作，达到每门误差1.2×10⁻⁵的记录水平。
Fast Phase-manipulation of the Single Nuclear Spin in Solids by Rotating Fields
我们提出了单核自旋与单电子自旋相互作用的快速相位门。门操作利用由快/慢旋转场引起的电子自旋的几何相移;取决于核自旋状态的路径差使核相移成为可能。门控时间与慢旋转场的频率成反比。作为一个例子，我们使用金刚石中的氮空位中心，并显示相门时间的数量级比以前报道的短。我们还显示了对退相干和系统误差的门的鲁棒性。
Entangling distant solid-state spins via thermal phonons
在量子比特之间实现量子纠缠门是实现可扩展量子计算的关键。在这里，我们提出了一个强大的计划，通过一个机械振荡器在其热平衡状态实现纠缠门的远程固态自旋。通过适当的哈密顿工程和保护子空间的使用，我们表明，所提出的方案是能够显着减少的热效应的机械振荡器上的自旋。特别是，我们证明了即使对于相对较高的热占用，也可以实现高的纠缠门保真度。因此，我们的计划可以放松的机械振荡器的基态冷却的要求，并可能会发现在混合固态架构的可扩展的量子信息处理的应用。
Compact quantum gates on electron-spin qubits assisted by diamond nitrogen-vacancy centers inside cavities
在固态系统上构造紧凑的通用量子门量子线路是量子计算的关键。我们提出了一些紧凑的量子电路的确定性固态量子计算，包括CNOT，Toffoli，和Fredkin门的金刚石氮空位中心限制在腔中，通过一些单光子的输入-输出过程实现。我们为这些通用量子门设计的量子线路简单而经济。此外，没有使用额外的电子量子比特，而只是使用单光子介质。这些门有很长的相干时间。我们讨论了这些通用的固态量子门的可行性，得出结论，他们是可行的，以目前的技术。
Ultrafast control of nuclear spins using only microwave pulses: towards switchable solid-state quantum gates
我们证明了控制的α-质子核自旋，I=1/2，耦合到稳定的自由基CH（COOH）2，S=1/2，在γ-辐照丙二酸单晶，仅使用微波脉冲。我们证明了，依赖于电子自旋mS=+/-1/2的状态，核自旋可以被锁定在一个期望的状态，或者在纳秒时间尺度上在mI=+1/2和mI=-1/2之间振荡.这种方法提供了一种快速有效的控制核自旋量子比特的方法，并且还使得能够通过仅寻址电子自旋来设计可切换的基于自旋的量子门。
Unconditionally teleported quantum gates between remote solid-state qubit registers
该研究实现了无条件的远程固态量子比特间的量子门，展示了固态量子网络的关键能力。
Optimization of a solid-state electron spin qubit using Gate Set Tomography
最先进的量子比特系统正在达到可扩展量子计算架构所需的门级。进一步提高量子门的保真度需要高效、可靠和极其准确的表征和基准测试协议。理想情况下，基准测试协议还应该提供有关如何纠正剩余错误的信息。门集断层扫描（GST）就是一种这样的协议，旨在提供构建量子位的详细表征。我们实现了一个高保真电子自旋量子比特上的GST限制在一个单一的$^{31}$ P原子在$^{28}$ Si。结果揭示了系统误差，一个随机基准分析可以测量，但不能识别，而GST表示需要改进的控制脉冲的长度校准。在引入此修改后，我们测量了新的基准平均栅极保真度$99.942(8)\%$，这是对以前的$99.90(2)\%$值的改进。此外，GST揭示了系统中高水平的非马尔可夫噪声，当量子比特用于容错量子计算方案时，需要理解和解决这一问题。
Experimental Realization of Universal Geometric Quantum Gates with Solid-State Spins
实验实现一组通用的量子逻辑门是实现量子计算机的核心要求。量子计算的全几何方法提供了一个实现的范例，其中所有的量子门都是基于Berry相位及其非阿贝尔扩展，即从希尔伯特空间中的量子态的几何变换中获得的完整性。除了其基本兴趣和丰富的数学结构之外，几何方法还具有一些内置的抗噪功能。在实验方面，已经使用具有液体分子的热集合的核磁共振观察到几何相位和完整性，然而，已知这样的系统对于量子计算是不可缩放的。有人建议在可扩展的实验平台上实现几何量子计算，如捕获离子，超导量子比特或量子点，最近的实验已经实现了超导系统的几何单比特门。在这里，我们报告的实验实现了一套通用的几何量子门与固态自旋的金刚石缺陷。金刚石缺陷提供了一个可扩展的实验平台，具有室温量子计算的潜力，近年来引起了人们的强烈兴趣。基于该系统相干控制的进展，我们的实验表明，全几何和潜在的鲁棒量子计算可以实现与固态自旋量子比特。
Valence bond solid formalism for d-level one-way quantum computation
d能级或量子点单向量子计算机（d1WQC）是用价键固体形式和广义泡利群描述的。这种形式主义提供了一个透明的手段，推导出测量模式的实施量子门的计算模型。我们引入了一个新的泛量子门集合，并用它给出了d1WQC的普适性的一个建设性证明。在这个模型中，我们对可以在一个并行时间步中执行的门的集合进行了优化。
Solid state Stern-Gerlach spin-splitter for magnetic field sensoring, spintronics, and quantum computing
我们证明了二维拓扑绝缘体的边缘可以用来构造固态Stern-Gerlach自旋分裂器。通过用磁通量穿过这样的Stern-Gerlach装置，引入Ahranov-Bohm类干涉效应。使用铁磁引线，该装置可用于测量磁通量和作为自旋电子学开关。利用普通的金属引线，可以实现可切换的自旋电子学非门。此外，我们表明，这样的设备的序列可以用来构建一个单量子位$SU(2)$门，通用量子计算机所需的两个门之一。场灵敏度或开关场$b$与器件特征尺寸$r$至$b = \frac{\hbar}{qr^2}$相关，其中$q$是电荷的单位。
Quantum Teleportation in a Solid State System
我们提出了一个能够演示量子隐形传态的实用固态系统。该装置利用了耦合量子点中激子光学控制的最新进展，以产生最大纠缠的Bell和Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。然后只需要两个么正变换：一个量子控制非门和一个阿达玛门。明确给出了产生最大纠缠态所需的激光脉冲以及相应的么正变换。
Fast holonomic quantum computation based on solid-state spins with all-optical control
完整量子计算是一种量子计算策略，它保证了一些内置的抗噪声特性。在这里，我们提出了一个方案的非绝热完整量子计算与氮空位中心电子自旋，其特点是快速量子门和长量子比特相干时间。通过改变施加到氮空位中心的激光的失谐、振幅和相位差，可以直接在自旋上实现任意单量子比特完整门。同时，在腔辅助相互作用的帮助下，还可以诱导出非平凡的两量子比特完整量子门。该方案的显著优点是所有的量子门都是通过对固态自旋的全光学几何操作获得的。因此，我们的方案打开了强大的量子计算的可能性，在全光的方式使用固态自旋。
Fault-Tolerant Qudit Gate Optimization in Solid-State Quantum Memory
本文提出了基于153Eu:Y2SiO5的固态量子存储器容错qudit纠错框架，集成非破坏性伴随式提取、自适应QFT和陪集纠错，降低纠错开销并实现可扩展的长寿命量子存储。
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。
Stochastic Noise as a Source of Decoherence in a Solid State Quantum Computer
我们研究了一个随机噪声过程，它对Kane提出的固态量子计算机的量子寄存器中量子比特的平均演化具有消散效应。我们认为，这个过程中的影响上的单量子位操作必要的执行量子逻辑门，并推导出在这个系统中的这些门的保真度的表达式。然后，我们计算一个上限的水平，这种随机噪声容忍在一个可行的量子计算机。
Universal, high-fidelity quantum gates based on superadiabatic, geometric phases on a solid-state spin-qubit at room temperature
几何相位和完整性（它们的非对易推广）是在噪声设备中实现高保真量子操作的一个有前途的资源，因为它们对噪声和实验缺陷具有固有的容错性。尽管它们在概念上很有吸引力，并且被证明具有容错性，但在很长一段时间里，它们在量子计算中的实际应用仅限于原理证明。直到2012年，Sjöqvist等人才制定了一种通过非绝热变换产生非阿贝尔（即完整）量子门的策略。在各种物理量子比特系统上成功地进行了实验演示，证明了这种快速完整的量子门概念的可行性。尽管取得了这些成功，但这种非阿贝尔量子门的实验实现仍然具有实验挑战性，因为通常合适的完整性的出现需要在由两个（或更多个）控制场驱动的三（或更高）能级系统内对逻辑量子比特进行编码。Liang等人最近提出的一个方案提供了一个优雅的解决方案，在一个由一个控制场驱动的简单两能级系统上产生非阿贝尔几何量子门。利用无跃迁量子驱动的概念，它允许通过超绝热演化产生通用的几何量子门。因此，这个概念产生快速和鲁棒的相位为基础的量子门的基础上最小的实验资源。在这里，我们报告的第一个这样的实施一组非对易单量子位超绝热几何量子门上的电子自旋带负电荷的氮空位中心的钻石。实现的量子门结合了高保真度和快速量子门性能。这为在现实的、有噪声的实验条件下进行大规模量子计算提供了一个有前途的、强有力的工具。
Pulse sequences for suppressing leakage in single-qubit gate operations
固态量子比特的许多实现涉及到与位于计算子空间之外的泄漏态的耦合，这对高保真量子门操作构成了威胁。当耦合强度未知时，减轻泄漏误差尤其具有挑战性，当它是由噪音引起的。在这里，我们表明，简单的脉冲序列可以用来强烈抑制泄漏错误的量子位嵌入在一个三能级系统。作为一个例子，我们应用我们的计划最近提出的电荷四极（CQ）量子点量子比特。这些结果为利用固态元件实现容错量子计算的关键挑战提供了解决方案。
Hybrid Qubit gates in circuit QED: A scheme for quantum bit encoding and information processing
耦合到共面传输线上的固态超导器件为量子光学现象的探测和量子计算的实现提供了一种精巧的体系结构，是近年来理论和实验研究的热点。在适当的条件下，传输线辐射模式可以与只有两个能级的超导设备强耦合-因此称为人造原子或量子位。利用这个系统，我们提出了一个混合的双量子比特门编码涉及量子电磁场量子比特态制备在共面传输线电容耦合到一个单电荷量子比特。由于耗散效应在固态量子比特中比在场量子比特中更剧烈，因此它可以用于信息的存储，其对欧姆浴作用的效率表明这种编码可以很容易地用当今技术实现。我们将研究扩展到通过外加经典磁脉冲的作用在多个固态量子比特和场量子比特之间产生纠缠。
Scalable solid-state quantum computation in decoherence-free subspaces with trapped ions
我们提出了一个无退相干子空间（DFS）方案来实现囚禁离子的可扩展量子计算。利用自旋相关的库仑相互作用，非常规的几何量子门的通用集合被实现在编码子空间中，这些子空间通过集体退相而免受退相干。该方案的离子阵列系统的可扩展性证明，无论是通过绝热的方式打开和关闭的相互作用，或通过一个快速的门计划与全面的DFS编码和噪声去耦技术。
Indirect Interaction of Solid-State Qubits via Two-Dimensional Electron Gas
我们提出了一种核自旋之间的长程相干耦合机制，可用作固态半导体-异质结量子信息处理器件中的量子比特。耦合是通过局域施主电子，其又与二维电子气相互作用。导出了有效的双自旋相互作用哈密顿量，计算了耦合强度。我们还讨论了量子位退相干的机制，并考虑相邻量子位之间的相互作用的门控制的可能性。由此产生的量子计算方案保留了早期方法的所有门控和测量方面，但允许量子位间距为100 nm量级，这是当今半导体器件技术可以实现的。
Nonequilibrium fluctuations in quantum heat engines: Theory, example, and possible solid state experiments
研究了量子热机中的随机能量交换。由于微观可逆性，这些服从波动关系，称为热机波动关系，这意味着卡诺界限：没有机器可以有效率大于卡诺效率。量子热机的随机热力学（包括热和功的联合统计和效率的统计）通过最优双量子位热机来说明，其中每个量子位耦合到热浴，并且双量子位门确定两个量子位之间的能量交换。我们讨论了可能的固态实现库珀对盒和通量量子比特，量子门操作，和快速量热片上测量的单个随机事件。
A 10-qubit solid-state spin register with quantum memory up to one minute
与固体中的单个缺陷相关联的自旋为量子信息处理和量子网络提供了有希望的量子比特。最近的实验已经证明了长相干时间，高保真操作和长距离纠缠。然而，到目前为止，控制仅限于几个量子比特，演示了三个自旋的纠缠态。由于需要避免串扰并保护整个寄存器的相干性的量子门，实现更大的多量子位寄存器是具有挑战性的。在本文中，我们提出了新的退相干保护门相结合的选择性相位控制驱动的核自旋的电子自旋的动态去耦。我们使用这些门来实现一个10量子比特的量子寄存器，包括一个氮空位中心的电子自旋和9个金刚石核自旋。通过在所有45个可能的量子比特对之间产生纠缠，我们证明了寄存器是完全连接的，并实现了真正的多体纠缠态，最多可达7个量子比特。最后，我们研究寄存器作为一个多量子位存储器。我们展示了高达63（2）秒的相干时间-单个固态量子比特的最长报告-并证明两个量子比特纠缠态可以存储超过10秒。我们的研究结果使得能够控制具有长相干时间的大型量子寄存器，因此为先进的量子算法和具有固态自旋量子位的量子网络打开了大门。
High-fidelity single-qubit gates in a strongly driven quantum dot hybrid qubit with $1/f$ charge noise
半导体双量子点混合量子比特是实现高保真量子计算的理想材料。然而，它们的性能受到电荷噪声和声子诱导的退相的限制，电荷噪声在固态器件中无处不在。在这里，我们探索改进混合量子比特的量子操作的方法，使用强微波驱动来实现比退相干过程快得多的门操作。使用数值模拟和理论方法的基础上的累积展开，我们分析了量子比特动力学的存在下，$1/f$电荷噪声，形成了占主导地位的退相干机制，在许多固态设备。我们发现，虽然强驱动效应和电荷噪声都降低了量子门的保真度，简单的脉冲整形技术有效地抑制了强驱动效应。此外，当失谐参数和隧穿耦合同时驱动时，出现了宽的AC最佳点。考虑到声子介导的噪声，我们发现，应该有可能实现$X_π$门的结晶度高于$99.9\%$。
Room temperature high-fidelity non-adiabatic holonomic quantum computation on solid-state spins in Nitrogen-Vacancy centers
非绝热完整量子计算的高速实现和鲁棒性为克服量子系统与环境相互作用易退相干的困难，实现大规模量子计算机的构建提供了新的思路。在这里，我们展示了一个高保真的量子门，实现非绝热完整量子计算下的固态自旋氮空位（NV）中心，提供了一个可扩展的实验平台，具有潜在的室温量子计算，这是近年来越来越多的关注。与以前的方法相比，我们可以通过改变微波脉冲的幅度和相位来控制NV中心获得的非阿贝尔几何相位，从而实现单量子比特和双量子比特门。我们还发现，我们提出的方案可以在当前的实验中实现，以讨论与实验参数的门保真度。因此，该方案采用了一种新的方法来实现高保真的非绝热完整量子计算。
Single-gate, multipartite entanglement on a room-temperature quantum register
该研究在室温下通过并行多量子位门快速生成四量子位GHZ态，提升了纠缠态的保真度，为可扩展的量子设备提供了新方法。
Multiple-Noise-Resilient Nonadiabatic Geometric Quantum Control of Solid-State Spins in Diamond
本文提出并实验验证了多噪声鲁棒非绝热几何量子门（MNR-NGQG），在金刚石 NV 中心中显著提升单量子比特门鲁棒性与相干时间，保真度达 0.9992(1)，为高保真量子控制提供可行范式。
Default-off inter-qubit interactions in NMR quantum computing in rotating solids
介绍了一种偶极重耦合技术，作为实现魔角自旋下固态核磁共振量子门操作的新方法。量子位间相互作用的默认关闭性质提供了一种简单的方式来控制操作，而不需要复杂的量子位去耦脉冲。
Experimental Hamiltonian Learning of An 11-qubit Solid-State Quantum Spin Register
学习量子系统的哈密顿量对于预测系统动力学和实现高保真度的量子门是必不可少的。然而，这是一个显着的挑战，有效地描述的哈密顿时，其希尔伯特空间的维数与系统的大小呈指数增长。在这里，我们通过实验证明了一种自适应方法来学习11量子比特量子系统的有效哈密顿量，该量子系统由一个电子自旋和十个与钻石中的单个氮空位中心相关的核自旋组成。我们通过设计通用的量子门来验证所估计的哈密顿量，并在实验中展示了高保真度的门。我们的实验演示显示了一个良好的特征11量子位量子自旋寄存器的能力，测试量子算法，并作为一个多量子位单节点的量子网络。
Solid state multi-ensemble quantum computer in waveguide circuit model
利用人造原子--超导共振器中的传输子，首次实现了固态量子计算机。在这里，我们提出了一种新的架构的灵活和可扩展的量子计算机的基础上耦合的波导电路的多个量子节点的受控原子系综。首次找到了多量子比特光子场量子存储效率达到100{%}时原子和电路的最佳参数，并从实验上证实了预言的理想存储。然后，我们揭示了量子存储节点和任意其他节点之间的量子比特可逆转移的自模式。我们找到了一种实现iSWAP门通过直接耦合的两个任意节点的处理速率成比例地加快在节点中的原子数。该电路可以同时实现大量的双量子比特门，实现并行量子处理。提出了实现$iSWAP$和$\sqrt {iSWAP} $量子门的动态相干消除过程和集体封锁机制。
High fidelity quantum gates via analytically solvable pulses
它示出了一个家庭的解析可解脉冲可以用来获得高保真度的量子相位门与令人惊讶的鲁棒性对系统或脉冲参数的缺陷。相位门是重要的，因为它们可以实现通用量子计算的必要操作。它们特别适用于自组装量子点、捕获离子和固体缺陷等系统，因为这些系统通常由量子比特子空间之外的状态的瞬态激发来操纵。
Quantum gates with topological phases
本文研究了两种拓扑量子门的模型，它们分别具有Aharonov-Bohm（AB）和Aharonov-Casher（AC）效应。拓扑的一个和两个量子比特阿贝尔相位可以使用电荷量子比特用AB效应来制定，而AC效应可以用于执行自旋量子比特的所有单量子比特门（阿贝尔和非阿贝尔）。可能的实验设置适合于固态实现进行了简要讨论。
Control of solid-state nuclear spin qubits using an electron spin-1/2
针对自旋为1/2电子系统中核自旋控制选择性受限的问题，提出动态解耦射频（DDRF）门方法，利用金刚石锡空位中心电子实现核自旋改进控制及72(3)%保真度的纠缠，为多量子比特实验提供基础。
Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate Implemented with Josephson Phase Qubits
量子逻辑门必须在其标准输入基态上操作时以及在这些状态的复杂叠加上操作时正确地执行。使用超导量子比特的实验已经验证了用于例如受控非门[1，2]的特定实现的真值表，但是还没有完全表征用于输入状态的任意叠加的门操作。在这里，我们演示了使用量子过程层析成像（QPT）[3，4]来充分表征两个超导量子比特之间的通用纠缠门的性能。过程层析成像允许完整的门分析，但需要精确准备任意输入状态，控制随后的量子位相互作用，并同时单次测量输出状态。我们使用QPT来测量纠缠门的保真度，并量化影响门性能的退相干机制。除了展示有前途的保真度，我们的纠缠门具有300的开/关比，可调耦合水平将成为未来高保真设备的要求。这是双量子位系统中QPT的第一个固态演示，因为固态过程层析成像以前只使用单量子位进行了演示[5，6]。
Decoherence times of universal two-qubit gates in the presence of broad-band noise
受控地产生两个量子比特的纠缠态是实现量子信息处理器的基本步骤。在纳米器件中，这种操作被固态环境抵消，其特征在于宽带和非单调功率谱，通常在低频为1/f。对于单量子比特门，由于作用在不同时间尺度上的波动而引起的非相干过程导致了特殊的短时间和长时间行为。马尔可夫噪声产生指数衰减与弛豫和退相干时间，T1和T2，简单地涉及到量子位环境耦合哈密顿量的对称性。在低频处具有1/f功率谱的噪声反而负责散焦过程和代数短时行为。在本文中，我们确定了相关的退相干时间的纠缠操作，由于不同的退相干通道起源于固态噪声。纠缠是量化的并发，我们评估采用多阶段的方法在一个分析的形式。确定了降低噪声源灵敏度的“最佳”操作条件。我们将此分析应用于超导\sqrt{i-SWAP}门的实验噪声谱。
Robust quantum control for the manipulation of solid-state spins
固体中电子自旋的鲁棒和高保真控制是促进固态自旋在量子信息处理和量子传感中应用的基石。然而，由于来自环境和控制场的各种噪声的存在，尾旋系统的精确控制总是具有挑战性的。在此，噪声弹性量子门，设计与鲁棒最优控制（ROC）算法，实验证明与氮空位（NV）中心的钻石，以实现定制的鲁棒性失谐和拉比错误的同时。在存在10%的非共振失谐和拉比频率偏差的情况下，我们实现了高达99.97%的平均单量子比特门保真度。实验还表明，基于ROC的多脉冲量子传感序列能够有效抑制由于微波脉冲的有限宽度和不完美性而导致的虚假响应，为提高现有多脉冲量子传感序列的性能提供了一种有效的策略.
NMR Quantum Computation with a hyperpolarized nuclear spin bulk
我们考虑两种新的量子门机制的基础上核自旋在超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和无机半导体。我们提出了两个方案，用于实现一个控制的非（CNOT）门的基础上核磁共振（NMR）光谱和磁共振成像（MRI）从超极化固体$^{129}Xe$和HCl的混合物和光泵NMR半导体。这样的门可以基于MRI技术和光学泵浦以及光学检测技术利用可寻址的特定自旋来构建。这些方案对于在元胞自动机架构方面实现实际的量子计算机可能是有用的。
Robust photon-spin entangling gate using a quantum-dot spin in a microcavity
半导体量子点（被称为人造原子）为固态量子网络和量子计算机带来了巨大的希望。实现量子网络的关键是实现光与物质的纠缠以及光与物质之间的相干量子态传输。在这里，我们提出了一个强大的光子自旋纠缠门与高保真度和高效率（高达50%），使用一个带电的量子点在双面微腔。这个门是基于由单个电子自旋引起的巨大的圆双折射，并且用作光学圆偏振器，其仅允许光的一个圆偏振分量根据电子自旋状态被透射。我们证明这种门可以用于单次量子非破坏测量单个电子的自旋，并可以作为纠缠过滤器，使光子自旋纠缠，自旋纠缠和光子纠缠以及光子自旋量子界面。这项工作使我们能够用单光子和量子点自旋构建固态量子网络的所有构件。
Magnon-mediated NMR quantum gates in a 1-D antiferromagnet
提出了一种在固态核磁共振量子计算机中控制量子逻辑门的方法。在具有自旋能隙的一维反铁磁体中，利用局域单重态-三重态激发引起的Suhl-Nakamura相互作用的纵向分量，可以产生可切换的量子比特间耦合.
Experimental implementation of universal holonomic quantum computation on solid-state spins with optimal control
实验实现一组具有高保真度的通用量子逻辑门是量子信息处理的关键，而量子系统与环境之间不可避免的相互作用一直是量子信息处理的挑战。几何量子计算是噪声免疫的，因此提供了一种鲁棒的方法来提高控制保真度。在这里，我们实验实现了最近提出的可扩展的非绝热完整量子计算与固体自旋在钻石在室温下，它保持了灵活性和弹性对退相干和系统控制错误。与以前的几何方法相比，实验上提高了完整单量子比特和双量子比特量子逻辑门的通用集合的量子效率。因此，这项工作使容错可扩展几何量子计算在现实系统中的重要一步。
High coherent solid-state qubit from a pair of quantum dots
在这篇文章中，我们提出了一个由两个耦合的量子点构建高相干固态量子比特的方案。量子信息存储在电子-空穴对态中，电子和空穴位于不同的点上，通过虚交换腔光子的有效耦合作用，实现了包含任意一对量子比特的通用量子门。
Gates for the Kane Quantum Computer in the Presence of Dephasing
在本文中，我们研究了退相对固态凯恩量子计算体系结构的量子门的影响。使用一个简单的模型的消相干，我们发现，在CNOT门的典型错误是$8.3 \times 10^{-5}$。我们还计算了Z，X，交换和受控Z操作下的各种失相速率的重复性。我们表明，这些数值结果与容错量子计算所需的错误阈值相媲美。
Implementing controlled-NOT gate based on free spin qubits with semiconductor quantum-dot array
基于半导体量子点中的电子自旋作为量子比特，在固体纳米结构中构造了一种新的量子控制非门（CNOT），而无需借助自旋-自旋相互作用。利用单电子隧穿技术和相干量子点元胞自动机结构产生辅助电荷纠缠态。利用辅助电荷纠缠态作为中间态，我们得到了一个自旋纠缠态，并设计了一个仅利用单自旋旋转的CNOT门。
Solid-State Nuclear Spin Quantum Computer Based on Magnetic Resonance Force Microscopy
提出了一种基于磁共振力显微镜的核自旋量子计算机。结果表明，MRFM单电子自旋测量提供了三个基本要求的量子计算在固体中：（a）准备的基态，（b）一个和两个量子比特的量子逻辑门，（c）的最终状态的测量。拟议中的量子计算机可以在高达1K的温度下运行。
High-fidelity two-qubit gates in a 7-qubit register for quantum networks
在基于金刚石氮空位中心的7量子比特寄存器中，通过优化串扰和门层析表征，实现了平均99.18%的双量子比特门保真度，达到分布式量子计算阈值，并演示了VQE分子模拟。
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。
Solid-State Quantum Communication With Josephson Arrays
约瑟夫森结阵列可以用作量子信道，在远距离站点之间传输量子信息。在这项工作中，我们讨论了简单的协议，以实现高保真状态传输。通道不需要复杂的门控，而是使用适当设计的阵列的自然动力学。我们调查的影响，静态无序的约瑟夫森能量和耦合的背景门电荷，以及动态噪声的影响。我们还分析了读出过程，及其对状态转移的反作用。
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