Single-Qubit Gates Beyond the Rotating-Wave Approximation for Strongly Anharmonic Low-Frequency Qubits
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）；University of Bristol（布里斯托大学）；Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO)（荷兰应用科学研究组织）
本研究提出修正驱动脉冲以减少反向旋转项影响，实现强非谐低频量子比特的快速高保真单量子比特门。
2025-03-11 quant-ph
Entanglement evolution of a two-qubit system with decay beyond rotating-wave approximation
两个初始纠缠在Bell态的无相互作用原子被耦合到单模腔中。基于约化的非微扰量子主方程，在超纠缠波近似下，研究了两原子纠缠随衰变的演化。结果表明，反向旋转波项对解纠缠行为有很大的影响。就会出现纠缠猝死和纠缠突然出生的现象。
2008-12-11 quant-ph
Decoherence of two qubits in a non-Markovian reservoir without rotating-wave approximation
在没有玻恩-马尔可夫近似和行波近似的情况下，精确地研究了两个初始纠缠量子比特在非马尔可夫库中的退相干。导出了非微扰量子主方程，并求出了它的精确解。研究了初始纠缠于Bell态的两个量子比特在三种不同参数情况下的退相干行为。结果表明，反向旋转波项对退相干行为有很大影响，考虑RWA时的精确解与不考虑RWA时的精确解存在差异.当原子处于非马尔可夫库时，采用RWA可能是不合适的。
2008-07-11 quant-ph
The transfer of nonlocality between two- and three-qubit dissipative systems with counter-rotating-wave terms
本文采用数值分层运动方程方法，研究了在强和超强耦合区域下反向旋转波项对三比特耗散系统非定域性与纠缠的影响，发现其能加速真实三方关联衰减、引发非定域性在三比特与子系统间持续转移，并在零激发下无法生成三方关联。
2024-12-12 quant-ph
Tavis-Cummings model beyond the rotating wave approximation: Quasi-degenerate qubits
将多个量子比特与共振子模相互作用的Tavis-Cummings模型推广到旋转波近似（RWA）之外。我们探索的参数制度中的量子比特的频率远小于振荡器的频率和耦合强度被允许是超强的。由Irish等人（Phys. Rev. B \textbf{72}，195410（2005））引入的绝热近似对于单量子比特系统的应用被扩展到多量子比特的情况。对于一个两量子比特系统，我们确定了三态流形的密切说谎的穿着能级，并获得结果的动力学流形内的过渡是不兼容的结果从熟悉的制度的RWA。我们展示了不同于单量子比特情况的双量子比特动力学的特征，包括量子比特-量子比特纠缠的计算。数态和相干态的准备被认为是，我们推导出的解析公式，简化了数值计算的解释。导出了粒子数和纠缠态的个体崩溃和复苏信号的表达式。
2012-03-09 quant-ph
Observing pure effects of counter-rotating terms without ultrastrong coupling: A single photon can simultaneously excite two qubits
单个光子同时激发两个量子比特的相干过程最近已经由[https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.117.043601 {Phys. Rev. Lett. 117，043601（2016）}]。我们提出了一种不同的方法来观察一个类似的动力学过程的基础上超导量子线路，其中两个耦合通量量子比特纵向相互作用的同一个谐振器。我们证明了两个量子比特的同时激发（假设它们的跃迁频率之和接近腔频率）与两个量子比特之间偶极-偶极耦合中的反向旋转项有关，并且标准的行波近似在这里是无效的。通过数值模拟绝热Landau-Zener跃迁和Rabi振荡效应，我们清楚地验证了单光子能量可以通过纵向耦合和反转项引起的高阶跃迁激发两个量子比特.与以前的研究相比，我们的系统中的相干动力学只涉及一个中间态，因此，表现出更快的速率。我们还发现了可能干扰的过渡路径。最后，通过讨论如何控制这两个相位耦合强度，我们找到了在我们的系统中同时观察相长干涉和相消干涉现象的方法。
2017-12-18 quant-ph
Dynamics and quantum Zeno effect for a qubit in either a low- or high-frequency bath: A non-markovian approach beyond the rotating-wave approximation
我们使用非马尔可夫方法来研究量子比特在低频或高频浴中的退相干动力学。这种方法是基于一个单一的变换，并不需要的驻波近似。我们发现，对于低频噪声，浴向更高的能量（蓝移），而普通的高频截止欧姆浴向更低的能量（红移）的量子比特的能量移动。为了保持量子比特的相干性，我们还研究了两种情况下的量子芝诺效应：低频和高频浴。对于非常频繁的投影测量，低频浴引起量子比特上的量子反芝诺效应。在考虑反转项后，量子芝诺效应只发生在高频截止欧姆浴中。对于高频环境，与低频浴情况相比，衰减速率应该更快（没有频繁测量）或更慢（在Zeno状态下，频繁测量）。我们在这里的结果的实验实现可以区分浴的类型（低频或高频），并通过调制其环境的主频率来保护量子位的相干性。
2010-04-13 quant-ph
Generalized rotating-wave approximation to the two-qubit and cavity coupling system
提出了两量子比特腔耦合系统的广义行波近似。零级近似下的解析表达式恢复了以前的绝热表达式。通过进行一阶校正，可以消除反向反射波项。得到了与普通RWA哈密顿量形式相同的有效可解哈密顿量，并给出了精确的本征值和本征态。在较宽的耦合强度范围内，本GRWA的能级与数值精确对角化的能级一致。在不同失谐量的超强耦合区，GRWA中的原子布居数反转与数值计算结果定量一致。
2014-10-08 quant-ph
Decoherence of two qubits coupled with one-mode cavity without rotating-wave approximation
精确地研究了两个量子比特分别与单模腔耦合时的退相干。结果表明，在共振情况下，当耦合强度较弱时，系统的退相干行为类似于马尔可夫情形;而当耦合强度较强时，系统的纠缠度在有限时间内消失，并可能在永久消失之前恢复到分数初始纠缠.而在失谐情况下，纠缠在消失一段时间后会周期性地恢复。这些结果与Jaynes-Cummings模型下的结果有很大的不同。
2008-07-13 quant-ph
Suppressing Counter-Rotating Errors for Fast Single-Qubit Gates with Fluxonium
针对fluxonium等低频量子比特在快速单量子比特门中因强驱动反向旋转分量导致的保真度下降问题，提出并演示了圆偏振驱动和相称脉冲两种互补缓解协议，将门保真度提升至超过99.997%，且相称脉冲平台无关、无需额外校准。
2024-06-12 quant-ph
Superconducting Phase Qubit Coupled to a Nanomechanical Resonator: Beyond the Rotating-Wave Approximation
我们考虑一个简单的约瑟夫森结相位量子比特耦合到一个固态纳米机电谐振器的模型。这个模型和许多相关的量子比特谐振器模型类似于电磁腔中的原子。当系统是弱耦合和近共振时，动力学可以用量子光学的行波近似（RWA）或Jaynes-Cummings模型精确描述。然而，开发更快的量子信息处理协议的愿望需要近似的，但分析的描述是有效的更强耦合的量子位谐振器系统。在这里，我们提出了一个简单的理论技术，使用的基础上的修饰状态，微扰帐户的领导阶修正的RWA。通过与精确数值结果的比较，我们证明了该方法在中等强耦合下的精确性，为描述快速量子信息处理提供了一个有用的理论工具。该方法适用于任何与谐振子或单模玻色子场线性耦合的量子二能级系统。
2004-07-15 quant-ph
Measurement-induced state transitions in a superconducting qubit: Beyond the rotating wave approximation
许多超导量子比特系统利用量子比特与耦合谐振腔之间的色散相互作用来进行量子态测量。先前的工作已经发现，如果谐振器中的光子数量太高，这种测量可以诱导量子比特中的状态跃迁。我们研究了这些跃迁，发现它们可以将量子比特推出二能级子空间，并且它们表现出共振行为作为光子数的函数。我们开发了一个理论，这些观测的基础上的水平交叉内的Jaynes-Cummings阶梯，与过渡介导的条款，通常被忽略的旋转波近似的哈密顿量。我们发现，这些条款中最重要的是来自一个意想不到的破缺的对称性量子位的潜力。我们通过测量跃迁发生时谐振腔的光子占据来证实理论，同时改变量子比特和谐振腔之间的失谐。
2016-11-15 quant-ph
A qubit strongly-coupled to a resonant cavity: asymmetry of the spontaneous emission spectrum beyond the rotating wave approximation
研究了有耗谐振腔中量子比特的自发发射谱。我们既不使用行波近似，也不使用马尔可夫近似。量子位-腔耦合强度从弱到强，甚至到超强的下限变化。对于弱耦合情况，量子比特的自发发射谱是单峰，其位置取决于量子比特环境的谱密度。增加量子比特-腔耦合会使两个自发发射峰（与真空拉比分裂有关）的不对称性（量子比特能量间距的位置和两个峰的高度）增加更多。对于低频本征槽中的量子比特，当量子比特-腔耦合强度增加时，分裂峰的高度不对称性变大。然而，对于欧姆浴中的量子位，当量子位强耦合到腔时，光谱峰的高度不对称性与低频浴的相同情况相反。将量子位-腔耦合增加到超强区的下界，左右峰高的高度不对称性发生反转，这与低频浴的情况相同，只是相对较弱。因此，我们的研究结果明确显示了自发发射谱峰的高度不对称性不仅取决于量子比特-腔耦合，而且还取决于量子比特所经历的本征噪声的类型。
2010-09-22 quant-ph
The Vortex Phase Qubit: Generating Arbitrary, Counter-Rotating, Coherent Superpositions in Bose-Einstein Condensates via Optical Angular Momentum Beams
提出了利用光的轨道角动量态在玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）中产生任意相干叠加涡旋态的方案。我们设计了一个方案，使用已知的实验技术来产生两个反向旋转的OAM光态的相干叠加。我们表明，一个专门设计的拉曼方案允许转移到一个最初的非旋转BEC的光学涡旋叠加态。这在BEC中产生了任意的和相干的涡和反涡对的叠加。这里提出的想法可以扩展到产生纠缠涡旋态，为光的OAM态设计存储器，以及执行其他量子信息任务。惯性传感的应用也进行了讨论。
2005-04-17 quant-ph
Coupled modes locally interacting with qubits: critical assessment of the rotating wave approximation
量子比特与电磁场的量子化模式的相互作用已经在量子光学文献中在旋转波近似（RWA）下得到了很大程度的解决，其中量子比特模式相互作用图像哈密顿量中的快速振荡项可以忽略不计。同时，人们普遍认为，如果相互作用足够强或持续很长时间，RWA往往会错误地描述物理现象。在这项工作中，我们扩展的RWA的有效性的调查，以一个更复杂的设置，其中两个量子比特模式子系统带来的相互作用，通过他们的谐波坐标。我们的治疗是所有的分析感谢一系列精心选择的酉变换，使我们能够对角化的内和外的RWA的哈密顿。通过考虑量子比特退相，我们发现两个量子比特态的纯度呈现出非马尔可夫特征，随着模式之间的耦合变得更强，RWA失去了它的有效性。在相同的状态下，量子比特之间的纠缠会快速产生，这在RWA下也没有正确描述。这里提出的设置和结果清楚地表明了RWA在一个适合于精确描述和没有数值不确定性的场景中的局限性。因此，它可能是感兴趣的社区工作与腔或电路量子电动力学系统在强耦合制度。
2017-06-05 quant-ph
Entanglement Dynamics of Two Qubits in a Common Bath
我们推导了一组量子比特在零温度下与洛伦兹加宽腔模相互作用的分层方程，而不使用光波近似、玻恩近似和马尔可夫近似。我们使用这种精确的方法来重新研究两个量子比特与一个共同的浴缸相互作用的纠缠动力学，这是以前只解决了下的光波和单激发近似。与这里使用的确切的层次方程方法，我们观察到显着的差异，在所产生的物理，与以前的结果与各种近似。由于反向旋转波项的双激发也被发现有显着的影响纠缠的动力学。
2012-06-27 quant-ph
Variational generalized rotating-wave approximation in the two-qubit quantum Rabi model
我们提出了一种双量子比特量子Rabi模型的解析方法。虽然仍然在广义行波近似（GRWA）的框架内操作，我们的方法进一步包括引入变分参数的想法。变分参数的最佳值是通过使基态的能量函数最小来确定的。通过与数值精确结果的比较，表明该方法在计算基本物理量，如能谱、平均光子数和动力学等方面明显提高了传统GRWA的精度.有趣的是，我们的方法的准确性，使我们能够重现的平均光子数在大频率比的基态的渐近行为和调查的准周期结构的时间演化，这是无法预测的GRWA。适用的参数范围涵盖了超强耦合区，这将有助于最近的实验。
2019-04-21 quant-ph
Tavis-Cummings model beyond the rotating wave approximation: Inhomogeneous coupling
本文在行波近似下给出了多个量子比特与单模辐射场非均匀耦合的Tavis-Cummings（TC）模型的解析解。位移振子基的显著优点使我们能够将单量子比特Jaynes-Cummings（JC）模型中采用的相同截断技术应用于多量子比特系统。导出的解析谱完全匹配的精确对角化数值解的非均匀TC模型中的参数制度，量子比特的跃迁频率是远离共振与场的频率和相互作用强度达到超强耦合制度。双量子比特TC模型是准精确可解的，因为部分光谱可以在具有两个相同量子比特或具有对称（非对称）失谐的均匀耦合情况下精确确定。利用量子态的保真度，我们在同一个宇称子空间中确定了多个非平凡的能级交叉点，这意味着含$ω_1=ω_2$或$ω_1\pmω_2=2ω_c$的齐次耦合双量子比特TC模型是可积的.以两个量子比特为例，进一步研究了量子比特布居数反转的时间演化和纠缠行为。分析方法提供了出乎意料的准确结果，在描述量子比特的动力学在目前的实验上可访问的耦合制度，显示的振荡复苏现象出现，生存，并最终被破坏时，耦合强度增加超过超强耦合制度。该方法适用于多量子比特系统，如GHZ态的纠缠演化和单光子与超导量子比特间的量子纠缠等实验研究.
2014-03-24 quant-ph
Manipulating counter-rotating interactions in the quantum Rabi model via qubit frequency modulation
我们提出了一种实用的方法来操纵量子Rabi模型中的反转（CR）相互作用，通过在该模型中的量子二能级系统的跃迁频率引入正弦调制。通过选择合适的调制频率和幅度，可以在Jaynes-Cummings机制（包括弱耦合和强耦合）以及超强耦合机制中实现CR相互作用的增强和抑制。特别地，我们计算了增强CR项下腔真空态的输出光子发射。我们的结果表明，连续和稳定的光子发射腔真空中可以观察到的Jaynes-Cummings制度作为这种增强的结果。我们的方法可以在超导量子线路中实现。
2016-03-29 quant-ph
Adiabatic Quantum Estimation: A Numerical Study of the Heisenberg XX Model with Antisymmetric Exchange
在本文中，我们解决了量子估计的磁场的方位角取向的绝热技术。通过精确求解一个由两个量子比特组成的系统模型，其中一个量子比特由静磁场驱动，另一个量子比特与自旋磁场耦合，得到了量子费舍尔信息（QFI）的解析表达式.我们研究了如何使用双量子比特系统来探测场的方位角方向，并分析了磁场的强度、Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用、自旋-自旋耦合系数和旋转场的极方向对估计精度的影响。特别地，它示出了QFI捕获或饱和可能发生，如果量子位受到强旋转场。此外，我们讨论了旋转场的方位角方向可以仅使用不受该场影响的量子比特来估计，并研究了这种策略比使用量子比特与旋转场局部相互作用更有效的条件。有趣的是，在单量子比特的情况下，发现当旋转场较弱时，通过使探针经受静态磁场来实现最佳估计。
2020-03-17 quant-ph
Qubit Dynamics beyond Lindblad: Non-Markovianity versus Rotating Wave Approximation
针对传统Lindblad主方程的两大近似假设的违背问题，对比三种精度递增的约化密度矩阵模拟方法，结合Ramsey实验方案分析非马尔可夫性与旋转波近似对量子比特弛豫退相干的影响，为实验与数值方法设计提供参考。
2024-01-31 quant-ph
Measurement-Induced State Transitions in a Superconducting Qubit: Within the Rotating Wave Approximation
针对超导量子比特强读取下的测量诱导态跃迁，本文用 transmon 实验刻画其参数依赖，并提出旋转波近似半经典模型解释高能级泄漏与重置困难。
2023-11-03 quant-ph
Protocol for nonlinear state discrimination in rotating condensate
本研究针对线性量子力学无法实现的量子信息处理问题，提出基于环形玻色-爱因斯坦凝聚体的量子态鉴别实验方案，利用玻色原子角动量叠加态编码量子比特，仅需读取单量子化环流态即可实现操作。
2024-06-21 quant-ph
Rotating-frame relaxation as a noise spectrum analyzer of a superconducting qubit undergoing driven evolution
量子信息处理器中的门操作通常通过定制量子系统的自由和驱动演化的特定周期来实现。不需要的环境噪声，原则上在这两个时段期间可能是不同的，起到使系统退相干并增加门错误率的作用。虽然在自由进化过程中表征噪声过程已经取得了重大进展，但相应的驱动进化情况更具挑战性，因为在表征协议期间也存在被探测的噪声。在这里，我们展示了噪声谱（0.1 - 200 MHz）的超导磁通量子比特在驱动演化过程中，通过使用一个强大的自旋锁定脉冲序列来测量弛豫（T1 ρ）在旋转框架。在磁通噪声的情况下，我们解决由于相干波动的频谱特征，并进一步确定在时域自旋回波实验中的1 MHz缺陷的签名。驱动演化噪声光谱补充了自由演化方法，使该方法能够表征和区分与通用量子控制相关的各种噪声过程。
2015-08-26 quant-ph
Cavity QED Beyond Rotating Wave Approximation: Photon Bunching from the Emission of Individual Qubits
单量子发射体散射光中的光子反聚束是量子光学的标志之一，它为电磁场的量子化性质提供了明确的证明。反聚束现象可以直观地理解为，在第二次发射之前，需要一个处于较低状态的二能级系统在发射光子后被重新激发到较高状态。在这里，我们表明，这样的图片打破了在超强的光-物质耦合制度，当耦合强度变得可比的裸发射频率。专门的情况下，自然和超导人造原子，我们因此表明，一个单一的发射器耦合到光子谐振器可以发出聚束光。本文给出的结果清楚地证明了超强耦合机制是如何改变单个原子的性质的。
2017-02-02 quant-ph
Evolution of a hybrid micro-macro entangled state of the qubit-oscillator system via the generalized rotating wave approximation
研究了两体（超）强耦合量子比特振子系统中混合纠缠态的演化。利用广义旋波近似，得到了量子比特和振子的约化密度矩阵。振子的约化密度矩阵给出了相空间准概率分布，如对角P表示、Wigner W分布和Husimi Q函数。在强耦合制度的Q-函数演变成均匀分离的宏观上不同的高斯峰表示“小猫”状态在某些特定的时间，取决于多个时间尺度存在于相互作用的系统。对于超强耦合领域，大量的相互作用产生的模式出现与它们的相位完全随机化。一个随机平均的动态量集，同时导致系统的退相干。利用Wehrl熵研究了谐振子在相空间中的离域性。W分布的负性，虽然记录了它与经典态的偏离，但允许我们比较信息论的度量，如Wehrl熵与Wigner熵。在二体系统的演化过程中，还发现了压缩态的存在和Mandel参数出现负值等非经典性质。在这里研究的参数制度，这些属性不生存后的时间平均过程。
2015-09-23 quant-ph
Validity of rotating wave approximation in non-adiabatic holonomic quantum computation
我们检验了旋转波近似（RWA）在非绝热完整单量子比特门中的有效性[New J. Phys. { \bf 14}，103035（2012）]。我们证明，采用RWA可能会导致急剧下降的保真度快速门的实施和小能量之间的分离的激发态和计算态。研究了RWA在超导量子比特的非绝热完整量子计算的最近实验实现[Nature（London）{ \bf 496}，482（2013）]中的有效性。
2013-11-21 quant-ph
Exact Entanglement Dynamics Beyond the Rotating Wave Approximation
两个远程量子比特的纠缠动力学分析研究。量子比特与独立的谐振子在Jaynes-Cummings哈密顿量的理想化简并极限中任意强烈地相互作用。与众所周知的非简并RWA结果相反，研究表明理想简并量子位不能在其伙伴振子之间产生二分纠缠。
2011-05-13 physics.atom-ph quant-ph
Non-Markovian dynamics of mixed-state geometric phase of dissipative qubits
研究了耦合到具有洛伦兹谱密度的玻色子库中的二能级原子（量子比特）的几何相位，发现在非马尔可夫动力学中，若采用行波近似（RWA），几何相位在节点处存在$π$ -相位跳跃.然而，用分层运动方程方法给出的不含RWA的精确结果表明，在几何相中不存在这种相跳或节结结构。因此，我们的结果表明，在某些情况下，反旋转项显着贡献的几何相位多模哈密顿量。
2014-12-17 quant-ph
Multiphoton resonance band and Bloch-Siegert shift in a bichromatically driven qubit
本文提出利用 CHRW 哈密顿量研究强双色场驱动量子比特的共振与动力学，发现多光子共振带及显著的 Bloch-Siegert 频移，且该方法比 GFT 更高效。
2023-04-05 quant-ph
Individual qubit addressing of rotating ion crystals in a Penning trap
囚禁离子具有较长的相干时间和优良的门极特性，使其成为量子信息处理的有用平台。在RF保罗陷阱中缩放到更大数量的离子量子位需要很大的努力。用于捕获离子的另一种技术是经由潘宁阱，其中通过在强磁场存在下控制离子的旋转来形成数百个离子的2D晶体。然而，离子晶体的旋转使得单离子可寻址性成为一个重大挑战。我们提出了一个协议，利用变形镜引入AC斯塔克位移模式是静态的旋转框架的晶体。通过数值模拟，我们验证了该协议在数百个离子的晶体阵列中执行高保真单离子门的潜力。
2022-04-30 physics.atom-ph quant-ph
Concatenated continuous driving of silicon qubit by amplitude and phase modulation
Hitachi, Ltd.（日立有限公司）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Hitachi Cambridge Laboratory（日立剑桥实验室）；IMEC
本研究提出了一种新的连续驱动技术，通过同时调制驱动场的幅度和相位生成环形极化的场，以提高量子比特的保真度和鲁棒性。
2026-05-17 quant-ph
Nonlinear dynamics in the balanced two-photon Dicke model with qubit dissipation
本文在半经典极限下研究含腔与量子比特耗散的双光子 Dicke 模型，发现平衡旋转与反旋转耦合下存在丰富混沌相，并通过分岔图与相图揭示了倍周期分岔、间歇混沌和准周期振荡三种转变机制。
2023-10-31 quant-ph
Quantum Probability and the Born Ensemble
本文通过离散两态随机过程将量子概率解释为事件计数，用双量子比特路径重组和矩阵旋转不变性推导出玻恩规则，从而在随机过程框架下重现薛定谔方程概率。
2023-09-15 quant-ph
Entanglement and Berry Phase in Two Interacting Qubits
研究了两个相互作用量子比特系统中的纠缠和Berry相位。两个量子比特之间的相互作用采用了具有缓慢旋转磁场的XXZ自旋相互作用模型。我们展示了相互作用的各向异性如何揭示系统本征态的Berry相位和纠缠之间的独特关系。
2008-03-11 quant-ph
Impact of counter-rotating-wave term on quantum heat transfer and phonon statistics in nonequilibrium qubit-phonon hybrid system
反旋波项（CRWTs）在具有强系统浴耗散的开放小量子系统中被认为是至关重要的。在这里，通过在一个非平衡量子比特-声子混合模型的例子，我们表明，CRWTs可以发挥重要的作用，即使在弱系统浴耗散的量子热传递。利用相干声子态，我们得到了热交换率分别由驻波项和CRWT贡献的量子主方程。我们发现，仅包括RWT，稳态热流和电流波动将显着抑制在大的温度偏置，而他们强烈增强，考虑CRWT此外。此外，对于声子统计，平均声子数和双声子关联几乎不受仅RWT的强量子比特-声子杂化的影响，而通过另外基于CRWT的合作跃迁，它们将显著冷却。因此，量子传热系统中的CRWTs应谨慎对待。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Fast control of semiconductor qubits beyond the rotating-wave approximation
我们提出了一个理论研究的单量子比特操作的振荡场在各种半导体平台上。我们明确地展示了如何通过超越普遍使用的旋转波近似（RWA）制度，同时仅使用两个正弦脉冲来执行更快的门操作。不需要复杂的脉冲整形或最佳控制序列。我们首先表明，具体公布的实验有多少误差是目前所产生的实施脉冲设计使用标准RWA。然后，我们表明，即使是适度的增加门速度将导致问题，在使用RWA的单重态-三重态（ST）和共振交换（RX）量子位的门设计。我们讨论在何种程度上保持较高的订单分析微扰理论将解决这个问题。更引人注目的是，我们给出了一个新的处方门控强耦合远远超出RWA制度。我们对两个连续脉冲的相位和持续时间进行了数值计算，以实现耦合强度高达量子比特分裂数倍的关键Hadamard和$\fracπ{8}$门。在这种明显的非RWA状态下工作，门操作速度提高了两到三个数量级。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum control of nuclear spin qubits in a rapidly rotating diamond
某些固体中的核自旋与其环境耦合较弱，使它们成为量子信息处理和惯性传感的有吸引力的候选者。当与光学活性电子的自旋耦合时，核自旋可以通过激光和射频场快速极化，控制和读取。在室温下具有几毫秒的相干时间，由金刚石中的氮空位中心托管的核自旋因此是观察量子时间尺度上的经典物理旋转如何影响量子系统的有趣系统。为了光学诱导核极化，对磁场强度和排列的精确和不灵活的限制阻碍了释放这种潜力，这限制了进一步研究和应用的范围。在这项工作中，我们展示了光学核自旋极化和快速量子控制的核自旋在钻石物理旋转在$1\,$ kHz，快于核自旋相干时间。不需要保持严格的场对准，我们能够测量和控制核自旋在迄今为止无法达到的制度，如在一个大的，随时间变化的磁场，使一个角度大于$100^\circ$的氮晶格空位轴的存在。磁场诱导量子比特的电子和原子核状态之间的自旋混合，使它们与振荡的射频场解耦。我们能够证明，相干自旋状态控制是可能的，在任何点的旋转，甚至高达六个旋转周期。我们将连续动态解耦与量子前馈控制相结合，以消除不完美机械旋转引起的退相干。我们的工作解放了NV核自旋以前无法获得的自由度，为量子控制和旋转传感提供了新的方法。
2021-07-27 quant-ph
Achieving High Fidelity Single Qubit Gates in a Strongly Driven Silicon Quantum Dot Hybrid Qubit
尽可能快地执行量子位门操作对于最小化退相干的影响可能是重要的。对于谐振门，这需要施加强交流驱动。然而，强驱动可能会导致泄漏到量子比特子空间之外的水平，从而带来控制挑战。强驱动也可能带来理论挑战，因为旋转波近似等首选工具可能会崩溃，导致难以控制的复杂动力学。在这里，我们分析了硅量子双点混合量子比特的$X$共振旋转的缀饰态形式主义，获得的结果超出了旋转波近似。我们得到了最佳驱动频率和拉比频率的解析公式，这两者都受到强驱动。虽然量子比特状态表现出快速振荡，由于反向旋转项和泄漏，我们表明，它们可以被抑制到一个点，即门以上的$99.99\%$是可能的，在退相干的情况下。因此，退相干机制，而不是强驱动效应，应该代表量子点混合量子比特中谐振栅性能的限制因素。
2017-07-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Fidelity CZ Gates in Double Quantum Dot -- Circuit QED Systems Beyond the Rotating-Wave Approximation
本文超越旋转波近似，研究双量子点自旋与电荷量子比特的CZ门保真度，提出一种含时项更少的电荷量子比特参数驱动方案，证明其优于自旋方案，并揭示驱动幅度对高保真操作的关键作用。
2024-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Geometric Phases of Two Ising-interacting Spins in a Rotating Magnetic Field
我们考虑了如何在具有静态z分量和旋转xy分量的磁场中，完全基于两个自旋为1/2且具有类Ising相互作用的量子的几何相位，得到一个非平凡的两量子比特么正变换.这对于测量几何相位和量子计算应用都是一个有趣的问题。在先前的方法中，忽略了其中一个量子位与场的旋转分量的耦合。通过考虑精确的双自旋几何相位，我们发现，利用两个连续的、磁场方向相反、相互作用常数符号相反的循环，可以得到一个纯粹基于Berry相位的非平凡双自旋么正变换.在非绝热的情况下，从某一初始状态开始，可以实现光线投影空间的循环，从而实现Aharonov-Anandan相位。双循环方案取消了总相位，因此任何未知的初始状态都演化回自身而无需相位因子。
2009-11-04 quant-ph
Universal non-adiabatic control of small-gap superconducting qubits
在旋转坐标系中，二能级系统的共振横向驱动耦合了拉比频率下的两个简并态，这是量子力学中出现的一个惊人的等价性。虽然在控制自然和人工量子系统方面非常成功，但可能会出现某些限制（例如，可实现的门速度），这是由于像反向旋转项这样的非理想性。在这里，我们探讨了一种互补的方法来量子控制的基础上，非共振，非绝热驱动的纵向参数在存在一个固定的横向耦合。我们介绍了一种超导复合量子比特（CQB），由两个电容耦合transmon量子比特形成，其特点是在两个能级之间避免了一个小的交叉-小于环境温度。我们仅使用基带脉冲、非绝热跃迁和相干朗道-齐纳干涉来控制这种低频CQB，以实现快速、高保真、单量子比特操作，Clifford结晶度超过$99.7\%$。我们还在两个低频CQB之间执行耦合量子比特操作。这项工作表明，低频量子比特的通用非绝热控制是可行的，仅使用基带脉冲。
2020-10-31 quant-ph
Single-photon limit of dispersive readout of a qubit with a photodetector
研究了单光子探测极限下量子比特的色散读出。单光子探针的使用避免了由于相干态的非正交性而引起的误差。在我们考虑的方案中使用了光电探测器。利用Heisenberg-Langevin方程研究了系统的动力学。我们处理的哈密顿量中的反旋转项微扰，这将导致在谐振器频率的布洛赫Siegert移动。它示出了如何这可以提高读出。在考虑反转项影响的情况下，给出了光子通过量子比特及其耦合的谐振腔的输运理论。为了计算读出对比度，我们使用两种方法。第一个忽略了量子位弛豫，并允许我们推导出一个紧凑的表达式的对比度。此外，我们得到简单的估计系统参数，以最大限度地提高对比度。第二种方法解释了量子位弛豫，这使我们能够进一步提高对比度。我们证明，对于1 $μ$ s的读出时间，可以实现一个理想的探测器和单光子源的对比度超过75%。
2020-03-30 quant-ph
Preparing ground states of the XXZ model using the quantum annealing with inductively coupled superconducting flux qubits
制备哈密顿量的基态在凝聚态物理和量子化学中具有重要意义。相互作用哈密顿量通常不仅包含对角元素，还包含非对角元素。虽然量子退火提供了一种方法来制备一个基态的哈密顿量，我们只能使用伊辛相互作用的哈密顿量通过使用目前可用的商业量子退火设备。在这项工作中，我们提出了一个量子退火的XXZ模型，其中包含伊辛相互作用和能量交换相互作用，通过使用电感耦合超导磁通量子比特。关键的想法是使用最近提出的自旋锁定量子退火，其中量子比特由微波场驱动。只要旋转波近似成立，超导磁通量子比特之间的感应耦合在旋转坐标系下产生所需的哈密顿量，我们可以利用这种相互作用进行量子退火，而微波场驱动起着横向场的作用。为了量化我们的方案的性能，我们进行了数值模拟，并表明，我们可以制备基态的二维海森堡模型具有高保真度。
2021-12-23 quant-ph
Geometric vs. Dynamical Gates in Quantum Computing Implementations Using Zeeman and Heisenberg Hamiltonians
量子计算在几何相位方面，即Berry或Aharonov-Anandan相位，在一定程度上是容错的。我们研究其实现的基础上塞曼耦合旋转场和各向同性海森堡相互作用，描述NMR，也可以实现在量子点和冷原子。利用量子比特基态的一种新的物理表示，我们构造了基于Berry相位和Aharonov-Anandan相位的$π/8$和Hadamard门。对于旋转场中的两个相互作用的量子比特，我们发现，当两个量子比特的旋磁比相等时，基于Berry相位或基于Aharonov-Anandan相位的两个量子比特门总是不可能构造的。在实现量子门的通用集合时，可以组合几何$π/8$和Hadamard门以及动态$\sqrt{\rm SWAP}$门。
2008-09-12 quant-ph
Dissipative dynamics of a biased qubit coupled to a harmonic oscillator: Analytical results beyond the rotating wave approximation
本文研究了耦合到谐振子的有偏二能级系统的耗散动力学，谐振子与欧姆环境相互作用。利用Van-Vleck微扰理论，并在TLS和HO之间的耦合到二阶，我们展示了如何TLS-HO系统的哈密顿可以对角化解析。我们的模型是一个改进，通常使用的Jaynes-Cummings哈密顿作为初始旋转波近似是避免。通过假设一个弱耦合的热浴，TLS的人口的时间演化的解析表达式被发现：人口的特点是由一个复杂的松弛动态走向热平衡的阻尼振荡的多重性。长时间演化的特征是一个单一的弛豫率，这是最大的共振，其表达式可以给出在封闭的解析形式。
2008-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Dynamics, Master Equation and Equilibrium for a Qubit Coupled to a Thermal Boson Field
本文解析推导了旋转波近似下量子比特与热玻色子环境耦合的精确主方程，分析了演化算子的长时间行为，并考察了系统达到热平衡的条件。
2025-10-15 quant-ph
Trajectory-Protected Quantum Computing
本文提出一种利用量子比特运动轨迹同时隔离退相干并实现量子门的新方法，通过加速度诱导透明和反旋转波项实现单、双量子比特门，并讨论了与Eastin-Knill定理类似的保护与速度权衡。
2025-10-14 quant-ph
Error-Tolerant Amplification and Simulation of the Ultrastrong-Coupling Quantum Rabi Model
本文提出利用猫态量子比特的偏置噪声特性，通过增强反向旋转耦合实现超强耦合量子拉比模型的容错模拟，并抑制参数误差，应用于量子态复兴、对称性及配对猫码计算。
2024-07-21 quant-ph
Exact dynamics of quantum correlations of two qubits coupled to bosonic baths
系统地研究了系统-浴槽相干性对两个量子比特在两个独立浴槽和一个公共浴槽中量子关联动力学的影响。将层次方法推广到求解相应的自旋玻色子模型，计算了量子纠缠和量子不和谐（QD）的精确动力学性质，并与经典的行波近似下的结果进行了比较.对于两个独立的浴，除了弱的系统浴耦合，CRT本质上改变了纠缠和量子点的演化。随着耦合强度的增加，纠缠的恢复被显著抑制并最终消失，量子点单调变小。对于普通水浴，CRT也抑制了量子纠缠，但从关联Bell态引发的量子点表现出完全不同的行为。在非马尔可夫体系中，量子点几乎不受CRT的影响，在任意耦合下，量子点的长时间演化都是有限的;而在马尔可夫体系中，强耦合使量子点的长时间演化显著增强。
2013-03-05 quant-ph
Influence of counter-rotating interaction on quantum phase transition in Dicke-Hubbard lattice: an extended coherent state approach
我们研究了含有反旋项的Dicke-哈伯德模型的基态行为。通过推广平均场理论中的扩展相干态方法，我们自洽地获得了基态能量和离域序参量。通过打破宇称对称性，可以清楚地观察到光子的定域-离域量子相变。特别地，Mott瓣被完全抑制，并且离域序参量显示出随着量子比特-腔耦合强度的增加而单调增强，这与在行波近似下的Dicke-哈伯德模型形成鲜明对比。与Rabi-哈伯德模型相比，通过降低光子跳跃强度，可以稳定相界.
2016-06-20 quant-ph
Dissipative Rabi model in the dispersive regime
电路QED的色散区是当今基于超导量子比特的量子计算原型的主要主力。该模型的解析描述通常依赖于量子比特和谐振器之间相互作用的旋转波近似，使用Jaynes-Cummings模型作为色散变换的起点。在这里，我们提出的耗散拉比模型的色散制度的分析结果，而不采取旋转波近似的基础哈密顿量。使用最近开发的基于Keldysh轮廓上时间演化扩展的混合微扰理论[Phys. Rev. A 95，013847（2017）]，我们推导出所有实验相关动力学参数的简单解析表达式，如色散位移和谐振器诱导的Purcell衰减率，将我们的分析集中在通用的多能级量子位上。该解析方程易于处理，并在相应的极限下简化为已知的Jaynes-Cummings结果。然而，它们在中间和大失谐时表现出质的差异，从而可以更准确地模拟超导量子比特和谐振器之间的相互作用。在强共振驱动的限制下，我们的结果还预测了新类型的驱动诱导量子比特耗散和退相，这在以前的理论中是不存在的。
2020-07-06 quant-ph
Theory of Spectrum in Qubit-Oscillator Systems in the Ultrastrong Coupling Regime
最近对磁耦合到超导量子比特的LC谐振器的测量[arXiv：1005.1559]表明，该系统在超强耦合状态下运行，并越过了Jaynes-Cummings模型的行波近似的有效性极限。利用扩展的玻色相干态，我们精确地求解了Jaynes-Cummings模型。我们对耦合到LC谐振器的通量量子比特的光谱的数值精确结果与实验观察完全一致。得到的最小布洛赫-西格特位移与本实验中观察到的一致。此外，还预测了任意能级跃迁和任意耦合常数下的Bloch-Siegert位移。
2010-08-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Radiation induced interaction potential of two qubits strongly coupled with a quantized electromagnetic field
在没有旋波近似的情况下，考虑两个二能级量子比特之间的距离可以是任意的，研究了腔中两个二能级量子比特与单模量子场的相互作用.我们证明了原子间存在辐射诱导相互作用势。我们用数值方法研究了系统的性质，并构造了一个简单的解析近似。结果表明，在强耦合状态下，可观测的特性基本上依赖于量子比特之间的距离。这使得人们可以对量子比特进行量子控制，这可以用于量子信息的记录和传输。
2020-09-04 quant-ph
