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逻辑量子信道中的相干性 - John Preskill
摘要 我们研究了量子纠错对相干噪声的有效性。相干误差（例如，单位噪声）可以相互干扰，因此在某些情况下，受相干误差影响的量子电路的平均不保真度可能会随着电路大小的增加而二次增加；相反，当误差不相干（例如，去极化噪声）时，平均不保真度在最坏的情况下会随着电路大小线性增加。我们考虑了量子稳定器代码对噪声模型的性能，在该模型中，对每个量子位应用单位旋转，其中所有量子位的旋转轴和旋转角度几乎相同。特别是，我们表明，对于受这种独立相干噪声影响的环面代码和最小权重解码，只要噪声强度与代码距离成反比衰减，纠错后的逻辑通道会随着代码长度的增加而变得越来越不相干。对于弱相关相干噪声，也有类似的结论。我们的方法还可用于分析其他代码和容错协议对相干噪声的性能。然而，我们的结果并未表明，在噪声强度随代码块增长而保持不变的更物理相关情况下，逻辑通道的相干性会受到抑制，并且我们重述了阻止我们将结果扩展到这种情况的困难。尽管如此，我们的工作支持了容错量子计算方案将有效对抗相干噪声的想法，为担心控制误差和与环境的相干相互作用的破坏性影响的量子硬件制造商提供了令人鼓舞的消息。
双层半导体量子点中的长寿命量子相干性
摘要：本文给出了二能级半导体量子点系统的解析解，讨论了从激发态（α 12 ，α 21 ）的光子辐射跃迁和声子无辐射跃迁的速率、纯失相过程的速率（γ）、失谐参数（）和拉比频率（），以及原子占据概率（ρ 11 (t)和ρ 22 (t)）、原子粒子数反转（ρ z (t)）、纯度（PA (t)）、冯·诺依曼熵（S (t)）和信息熵（H (σ x )、H (σ y )和H (σ z )）。对于α 12 、α 21 、γ 和的一些特殊情况，我们清楚地观察到所有曲线上出现了长寿命量子相干现象。此外，纯度曲线中的衰减现象非常明显，可以通过改变α 12 ，α 21 和γ的值来简单控制。
通过激光脉冲和衰变的相应驱动实现量子相干性
其中 T 是时间排序算子。虽然 U(t2,t1) 的显式计算极其困难，但显然时间相关哈密顿量引起的动力学将 t1 时的量子态双射映射到 t2 时的量子态，并保持相互的标量积。因此，如果系统最初处于高熵 S>0 的混合态，它将永远保持混合态，且熵完全相同。即使对 H(t) 在时间上的完全理想控制，也无法以这种方式产生相干性。因此，必须考虑开放系统。生成单一状态的标准方法是使感兴趣的系统与冷系统进行热接触。一般来说，这是一个极其缓慢的过程。目标量子态必须是某个给定系统的基态。另外，一般的光泵浦和特别是激光冷却 [1] 都是利用共振泵浦和自发衰变来降低微观系统熵的成熟技术。最近，工程耗散已被认为是在小型 [2-4] 和扩展系统 [5,6] 中产生目标纠缠量子态的一种手段。实验上，已经证明了两个量子比特 [7,8] 和两个捕获的中观铯云 [9] 存在纠缠。在本文中，我们表明，如果涉及中间、高度激发和衰减态，周期性驱动可以使量子系统收敛到相干量子态。关键方面是泵浦脉冲周期与内部过程的时间常数（这里是拉莫尔进动）的可比性。这将我们的提议与已建立的光泵浦协议区分开来。完全无序的初始混合物可以变得几乎相干。最终混合物的熵仅为 S ≈ kB ln2，对应于两种状态的混合。一个吸引人的优点是，一旦关闭驱动，林德布拉衰变就不再重要，系统仅受哈密顿动力学支配。本研究的重点是通过示范性方式展示在周期性激光脉冲作用下小自旋系统中熵的大幅降低。选择该系统的动机是量子点中电子自旋与核自旋相互作用的实验[10-17]。所研究的模型也适用于分子自由基中的电子自旋[18]或分子磁体，见参考文献[19-21]。在有机分子中，自旋浴由有机配体中氢原子核的核自旋决定。
主动与准静态噪声解耦的驱动电子自旋量子比特的相干性
半导体量子点中电子自旋量子比特的相干性主要受到低频噪声的影响。在过去十年中，人们一直致力于通过材料工程来减轻这种噪声，从而大大延长了空闲量子比特的自旋失相时间。然而，人们对自旋操纵过程中环境噪声的作用（决定控制保真度）了解甚少。我们展示了一个电子自旋量子比特，其驱动演化中的相干性受到高频电荷噪声的限制，而不是任何半导体器件固有的准静态噪声。我们采用反馈控制技术来主动抑制后者，证明了砷化镓量子点中 π 翻转门保真度高达 99 . 04 0 . 23%。我们表明，驱动演化的相干性受到 Rabi 频率下的纵向噪声的限制，其频谱类似于同位素纯化硅量子比特中观察到的 1 =f 噪声。
使用数百个分子离子在量子投影噪声极限下测量二尺度相干性
冷分子为量子信息、冷化学和精密测量提供了极好的平台。某些分子对标准模型物理具有超强的灵敏度，例如电子的电偶极矩 (eEDM)。分子离子很容易被捕获，因此对于灵敏度随询问时间变化的精密测量特别有吸引力。在这里，我们展示了在量子投影噪声 (QPN) 极限下具有秒级相干性的自旋进动测量，其中数百个被捕获的分子离子被选中，因为它们对 eEDM 敏感，而不是它们对状态控制和读出的适应性。取向分辨的共振光解离使我们能够同时测量具有相反 eEDM 灵敏度的两个量子态，达到 QPN 极限并充分利用高计数率和长相干性。
通过倾斜信息量化基于量子相干性的量子非马尔可夫性
基于非相干完全正映射和迹保持映射下量子相干性通过倾斜信息的非增性，我们提出了一种开放量子过程的非马尔可夫性测度。作为应用，通过将所提出的测度应用于一些典型的噪声信道，我们发现它等价于先前针对相位衰减和振幅衰减信道的三个非马尔可夫性测度，即基于量子迹距离、动态可分性和量子互信息的测度。对于随机酉信道，它等价于一类输出态基于相干性l 1 范数的非马尔可夫性测度，并且不完全等价于基于动态可分性的测度。我们还利用修正的Tsallis相对α相干熵来检测量子开放系统动力学的非马尔可夫性，结果表明，当α较小时，修正的Tsallis相对α相干熵比原始的Tsallis相对α相干熵更加合适。
超原子中拓扑保护的量子相干性
探索拓扑量子态的性质和应用对于更好地理解拓扑物质至关重要。在这里，我们从理论上研究了一个准一维拓扑原子阵列。在低能区，原子阵列相当于一个拓扑超原子。在腔中驱动超原子，我们研究了光与拓扑量子态之间的相互作用。我们发现边缘态表现出拓扑保护的量子相干性，这可以从光子传输中表征。这种量子相干性有助于我们找到超辐射-亚辐射跃迁，我们还研究了它的有限尺寸缩放行为。超辐射-亚辐射跃迁也存在于对称性破坏系统中。更重要的是，结果表明亚辐射边缘态的量子相干性对随机噪声具有鲁棒性，使得超原子可以作为拓扑保护的量子存储器工作。我们建议用三维电路 QED 进行相关实验。我们的研究可能在基于拓扑边缘态的量子计算和量子光学中得到应用。
Douglas E. Thornton、Davin Mao、Mark F. Spencer、Christopher A. Rice 和 Glen P. Perram，“数字全息术实验中时间相干性降低
摘要。为了模拟多纵向模式和中心频率快速波动的影响，我们分别使用了正弦相位调制和线宽加宽。这些效应使我们能够降低主振荡器激光器的时间相干性，然后我们将其用于进行数字全息实验。反过来，我们的结果表明，相干效率随条纹可见度二次下降，并且我们的测量结果与我们的模型一致，正弦相位调制的误差在 1.8% 以内，线宽加宽的误差在 6.9% 以内。© 作者。由 SPIE 根据 Creative Commons Attribution 4.0 Unported 许可证发布。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全署名原始出版物，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.OE.59.10.102406]
相干性和量子纠缠讲座#1 ...
总体而言，经典力学是一种非常成功的物理现象描述方法，因为大多数现代工程问题和情况不需要超出经典力学所提供的描述。然而，自上个世纪初以来，人们开始清楚地认识到，实际的物理现实超出了经典描述的范围，需要一种新的方式来描述它。这种描述物理现象的新方法现在被称为量子力学。虽然在大多数情况下，似乎需要量子力学来描述微观世界中的物理现象，而经典力学足以描述宏观现象，但现代实验的进步已经证实，长度尺度上的区分并不正确。事实上，现在人们已经明白，无论物理系统是宏观的还是微观的，量子描述都是正确的描述。然而，在宏观世界中，经典描述足以描述大多数物理现象，因此在这种情况下，并不一定需要量子描述。
初始原子相干性和拉姆齐频率牵引...
在初级原子铯喷泉钟的不确定性预算中，对超精细时钟跃迁的频率牵引偏移的评估，迄今为止都是基于为铯束钟开发的方法，这种偏移是由其附近跃迁的意外激发（拉比和拉姆齐牵引）引起的。我们重新评估了喷泉钟中的这种频率牵引，并特别关注了初始相干原子态的影响。我们发现，由于亚能级粒子数不平衡和初始原子基态的状态选择超精细分量中的相应相干性，拉姆齐牵引导致的频率偏移显著增强。在原子喷泉钟中对此类偏移进行了实验研究，并证明了与模型预测的定量一致性。