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测量离子阱量子磁体中的非时间顺序相关性和多重量子谱
可控离子和超冷原子阵列可以模拟复杂的多体现象，并可能为现代科学中尚未解决的问题提供见解。为此，需要实验上可行的协议来量化量子关联和相干性的积累，因为执行全状态断层扫描不能随着粒子数量的增加而有利地扩展。在这里，我们开发并通过实验证明了这样一种协议，它使用多体动力学的时间反转来测量远程 Ising 自旋量子模拟器中的非时间顺序关联函数 (OTOC)，该模拟器在 Penning 阱中有超过 100 个离子。通过测量作为可调参数函数的 OTOC 系列，我们获得了关于多量子相干谱中编码的系统状态的细粒度信息，提取了量子态纯度，并展示了多达 8 体关联的积累。该协议的未来应用可以实现多体定位、量子相变以及量子和引力系统之间全息对偶性测试的研究。T
利用离子阱量子模拟器对长程伊辛模型进行量子近似优化
量子计算机和模拟器可能比经典计算机和模拟器具有显著的优势，它们可以洞悉量子多体系统，并可能提高解决优化和可满足性等指数级难题的性能。在这里，我们报告了使用模拟量子模拟器实现的低深度量子近似优化算法 (QAOA)。我们估计具有可调范围的长程相互作用的横向场伊辛模型的基态能量，并通过对 QAOA 输出进行高保真、单次、单独量子比特测量采样来优化相应的组合经典问题。我们通过穷举搜索和变分参数的闭环优化来执行算法，用最多 40 个捕获离子量子比特来近似基态能量。我们使用随系统大小多项式缩放的引导启发式方法对实验进行基准测试。我们观察到，与数值结果一致，随着系统规模的扩大，QAOA 性能不会显著下降，并且运行时间与量子比特的数量基本无关。最后，我们对系统中发生的错误进行了全面分析，这是将 QAOA 应用于更一般的问题实例的关键一步。
根据光学斯塔克效应和多体微扰理论计算 n = 1、2 和 3 钙钛矿量子阱的跃迁偶极矩
摘要：金属卤化物钙钛矿量子阱 (PQW) 是表现出强束缚激子的量子和介电约束材料。激子跃迁偶极矩决定吸收强度并影响偶极介导能量转移中的阱间耦合，该过程影响 PQW 光电器件的性能。在这里，我们使用圆偏振激光脉冲的瞬态反射光谱来研究 n = 1、2 和 3 Ruddlesden − Popper PQW 的尺寸纯单晶中的光学斯塔克效应。从这些测量中，我们分别提取了 n = 1、2 和 3 的平面内跃迁偶极矩 11.1 (± 0.4)、9.6 (± 0.6) 和 13.0 (± 0.8) D。我们用密度泛函和多体微扰理论计算证实了实验结果，发现能带边缘轨道和激子波函数离域的性质取决于 PQW“奇偶”对称性。这解释了 n = 1 - 3 范围内跃迁偶极矩和 PQW 维数之间的非单调关系。
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arXiv:2004.11608v1 [quant-ph] 2020 年 4 月 24 日
量子计算机的构建模块已在小型到中型系统中得到演示。作为领先的平台之一，离子阱系统引起了广泛关注。该系统面临的一个重大挑战是将快速高保真门与离子阱制造的可扩展性和便利性结合起来。在这里，我们提出了一种用于大规模量子计算的架构，其中二维原子离子阵列被捕获在如此远的距离，这对于离子阱制造很方便，但通常认为不适合量子计算，因为传统的门太慢了。使用远离 Lamb-Dicke 区域的门操作，我们表明可以在任何大型离子阵列中实现快速而强大的纠缠门。门操作本质上是并行的并且对热噪声具有鲁棒性，再加上所提出的架构的高速和可扩展性，使这种方法成为大规模量子计算的一种有吸引力的方法。
高磁场下捕获离子多量子比特门的自发辐射比较
潘宁阱已用于对数百个离子进行量子模拟和传感，并提供了一种扩大捕获离子量子平台的有希望的途径，因为它能够在二维和三维晶体中捕获和控制数百或数千个离子。在潘宁阱和更常见的射频保罗阱中，激光通常用于驱动多量子比特纠缠操作。这些操作中退相干的主要来源是非共振自发辐射。虽然许多捕获离子量子计算机或模拟器使用时钟量子比特，但其他系统（尤其是具有高磁场的系统，如潘宁阱）依赖于塞曼量子比特，这需要对这种退相干进行更复杂的计算。因此，我们从理论上研究了自发辐射对在高磁场中使用捕获离子基态塞曼量子比特执行的量子门的影响。具体来说，我们考虑了两种类型的门——光移位（ ˆ σ zi ˆ σ zj ）门和 Mølmer-Sørensen（ ˆ σ xi ˆ σ xj ）门——它们的激光束近似垂直于磁场（量化轴），并比较了每种门中的退相干误差。在每种门类型中，我们还比较了与驱动门所用的激光束的失谐、偏振和所需强度有关的不同工作点。我们表明，这两种门在高磁场下的最佳工作条件下都能具有相似的性能，并研究了各种工作点的实验可行性。通过检查每个门的磁场依赖性，我们证明，当 P 态精细结构分裂与塞曼分裂相比较大时，Mølmer-Sørensen 门的理论性能明显优于光移门。此外，对于光移门，我们对高场下可实现的保真度与最先进的双量子比特离子阱量子门的保真度进行了近似比较。我们表明，就自发辐射而言，我们当前配置可实现的保真度比最好的低场门大约高一个数量级，但我们也讨论了几种替代配置，其潜在错误率与最先进的离子阱门相当。
Ge/SiGe 型量子喷泉
n 型 Ge/SiGe 量子阱被认为是实现 Si 兼容 THz 激光器的有前途的平台。针对这一材料系统，我们开发了一个数值模型来描述子带间载流子动力学，该动力学在非对称耦合 Ge/SiGe 量子阱中脉冲光激发后恢复平衡。我们考虑了非弹性和弹性散射过程，并研究了不同的量子阱几何形状、掺杂密度和激发方式。在这个配置空间中，我们解开了对每个散射通道整体动力学的影响，并提供了子带间弛豫时间，发现相对于 III-V 基材料，由于相对于 III-V 化合物，电子-声子耦合较弱，因此其值较大。最后，该模型用于研究和优化第一和第二激发子带能级之间的粒子数反转，并评估其对晶格温度的依赖性，为指导即将进行的实验提供了可靠的理论框架。
康奈尔量子日报摘要集 - CDN
演讲者：Aditya Kolhatkar 顾问：Karan Mehta 标题：集成光学元件的微加工离子阱中的相干控制 摘要：捕获离子是量子信息处理的主要平台，但扩大捕获装置和光学元件的规模是一项重大挑战，改进典型的操作时间尺度也同样重要。在本次演讲中，我将讨论最近在集成光学传输的微加工离子阱中对单个 40 Ca + 离子进行阱特性表征和相干控制的实验。纠缠双量子比特门对通用量子计算至关重要，通常会限制电路保真度，从而促使人们寻找快速、高保真度的实现。我将描述在我们的设置中实现“光移”双量子比特门的实验方案，并重点介绍如何使用集成光传输实现的结构化光场，在这些设备中实现激光功率、门保真度和门速度之间的更好权衡。
TILT：在囚禁离子线性系统上实现更高的保真度......
摘要 — 离子阱量子比特是实用量子计算的领先技术。在这项工作中，我们对离子阱的线性磁带架构进行了架构分析。为了实现我们的研究，我们开发并评估了该架构的映射和调度算法。特别是，我们引入了 TILT，这是一种线性“图灵机式”架构，具有多激光控制“头”，其中线性离子链在激光头下来回移动。我们发现，与同等大小的量子电荷耦合器件 (QCCD) 架构相比，TILT 可以大大减少通信。我们还为 TILT 开发了两种重要的调度启发式方法。第一个启发式方法通过将沿相反方向传输的数据匹配为“反向交换”来减少交换操作的数量，并且还避免了跨头部宽度的最大交换距离，因为最大交换距离使得在一个头部位置调度多次交换变得困难。第二种启发式方法通过将磁带调度到每次移动时可执行操作最多的位置来最小化离子链运动。我们从模拟中提供了应用程序性能结果，这表明 TILT 在一系列 NISQ 应用程序中的成功率可以胜过 QCCD（平均高达 4.35 倍和 1.95 倍）。我们还讨论了使用 TILT 作为构建块来扩展现有的可扩展离子阱量子计算方案。索引术语 — 量子计算、离子阱架构、电路优化
由于电隔离的 GaAs 量子阱双层中的激子凝聚而导致的强层间电荷转移
我们介绍了一种电隔离的“浮动”双层 GaAs 量子阱 (QW) 设计，其中施加可控且高度可重复的大栅极电压会诱导电荷，这些电荷在移除栅极电压后仍被捕获在双层中。在较小的栅极电压下，双层通过厚绝缘屏障与外部电极完全电隔离。这种设计允许完全控制两个耦合的 2D 电子系统的总密度和差分密度。浮动双层设计提供了一种独特的方法来研究无法通过简单的传输测量进行研究的系统。它还提供了测量层间电荷转移的能力，即使 2D 系统的平面电阻率不同。我们测量了 QW 双层的电容和层间隧穿光谱，并独立控制顶层和底层电子密度。我们的测量显示，在 v T ¼ 1 时，层间隧穿电流大大增强，这是强层间关联双层系统激子凝聚的标志。由于各个层的密度完全可调，浮动双层 QW 系统提供了一个多功能平台来获取有关电子双层系统中量子相的先前无法获得的信息。
