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![arXiv:2007.13756v1 [quant-ph] 2020 年 7 月 27 日](/simg/g:\will\search\icon\source\d\d88eb1a80dbd7aae9c61d29532cddf701664f265.webp)
arXiv:2007.13756v1 [quant-ph] 2020 年 7 月 27 日
我们利用周期性驱动通量超导电路时出现的准能量结构，通过动态诱导的通量不敏感最佳点来编码量子信息。弗洛凯理论框架直观地描述了这些远离未驱动量子位半通量对称点的高相干工作点。如 [ Huang et al., 2020 ] 所示，这种方法可以灵活地选择通量偏置点和逻辑量子态的能量。我们表征了系统对调制幅度和直流通量偏置中噪声的响应，并通过实验证明了一个同时对两者的波动不敏感的最佳工作点。与相同偏置点下的静态操作相比，我们观察到在动态最佳点用拉姆齐型干涉法测得的量子比特相干时间提高了 40 倍。
![arXiv:2312.08082v1 [quant-ph] 2023 年 12 月 13 日](/simg/g:\will\search\icon\source\d\df3d00bc5562f5ee10ecd2e927b22cde9187a605.webp)
arXiv:2312.08082v1 [quant-ph] 2023 年 12 月 13 日
我们从理论和数值两个角度研究了具有周期性踢动驱动势的Floquet非Hermitian系统波包在动量空间中的动力学。我们推导出量子共振条件下随时间演化的波包的精确表达式。利用这一解析表达式，我们可以更深入地研究定向输运、能量扩散和量子扰乱的时间行为。我们发现，通过调节踢动势实部和虚部之间的相对相位，可以有效地操控定向传播、能量扩散和量子扰乱：当相位等于π/ 2时，我们观察到最大的定向电流和能量扩散，而受PT对称性保护的扰乱现象最小；当相位为π时，定向输运和能量扩散都受到抑制，相反，非厄米性可以增强量子扰乱。我们讨论了我们的发现的可能应用。
使用相位可调图像驱动器对量子相干性的实验保护
在开放的量子系统中，自旋速度的连贯性受自旋旋转相互作用，自旋扩散，静态和微波磁场1的含量和电荷噪声2的限制。使用不同的电子自旋共振（ESR）脉冲3 - 7，通过动态去耦（DD）量子量来实现相干时间的增加。然而，这种脉冲具有固有的缺陷和波动，因此需要自己的DD层，从而导致了倍增的量子。已提出了辅导DD 8、9的技术，用于氮空位（NV），中心至8、10-12的第二阶。在这里，我们演示了一种基于浮力模式的脉冲协议，该模式成功地增加了与量子的初始状态，在具有不同自旋的汉密尔顿和环境的材料中，与量子的初始状态无关，例如低和高旋转轨道耦合。我们使用非常弱的脉冲并改变了整个系统的动力学，而不是通过强烈的激发与浴缸的脱钩。对于我们的测量设置（在40 K左右）可以访问的短自旋松弛时间，可以与连贯性时间进行直接比较，我们演示了制度tr≈t1。在磁性稀释系统中t 1≫T 2，例如t 1，例如y 2 Sio 5：ER 3 + 13和y 2 Sio 5：Yb 3 + 14或28 Si：bi，具有可调的t 1千秒钟15。因此，我们的一般方法可以使用单个圆形极化图像脉冲导致很长的持久性狂欢振荡。这种方案将保护常规量子门之间的量子量的连贯性。已经提出了强烈的连续微波激励的使用作为保护量子位16、17的一种方式，尽管量子门需要正确的重新设计。在相关研究中，使用任意波形发生器的复杂脉冲设计在研究浮力拉曼转变18、19和氮气空位（NV）中心的两级系统20的量子指标中被证明至关重要。值得注意的是，在串联DD的情况下，第二阶（n = 2）激发的频率必须与第一个激发的Rabi频率匹配（n = 1）；同样，这两种激发是线性极化的，彼此垂直（该方法扩展到n中的较高阶）。在实验上，该协议在脉冲设计和频率稳定性方面很快变得复杂且要求，高于第二阶。我们的协议使用两种连贯的微波脉冲：主脉冲驱动量子狂犬动物，而低功率，圆形极化（图像）脉冲连续维持自旋运动。图像驱动器的频率靠近主驱动器，其幅度为1-2个数量级。以这种方式，量子门可以由常规脉冲驱动，而无需图像脉冲，而门之间的时间间隔可以用整数使用我们的保护协议来填充整数的Rabi Nutations。我们注意到，两种脉冲之间的初始相位差可以通过增强（或减少）第二次敷料的浮标模式来调整自旋动力学。
超紧凑多功能集成光子平台
实现多功能集成光子平台是未来光信息处理的目标之一，由于多种集成挑战，实现该平台通常需要很大的尺寸。在这里，我们基于逆向设计实现了一个超紧凑占用空间的多功能集成光子平台。该光子平台紧凑，具有86个逆向设计的固定耦合器和91个移相器。每个耦合器的占用空间为4μm x 2μm，而整个光子平台为3mm x 0.2mm，比以前的设计小一个数量级。一维Floquet Su-Schrieffer-Heeger模型和Aubry-André-Harper模型的测得保真度分别为97.90（±0.52）％和99.34（±0.44）％。我们还使用片上训练演示了手写数字分类任务，测试准确率为87％。此外，通过演示更复杂的计算任务证明了该平台的可扩展性，为实现超小型集成光子平台提供了有效的方法。
通过工程耗散观察多个稳定状态
模拟开放量子系统的动力学对于实现实用量子计算和理解新型非平衡行为至关重要。然而，在当今的实验平台上，耦合到工程储层的多体系统的量子模拟尚未得到充分探索。在这项工作中，我们将工程噪声引入一维十量子比特超导量子处理器，以模拟通用多体开放量子系统。我们的方法源于主方程的随机解开。通过测量端到端相关性，我们确定了源于强对称性的多个稳定态，该强对称性是通过 Floquet 工程在修改后的汉密尔顿量上建立的。此外，我们通过将初始状态准备为五量子比特链上不同扇区内状态的叠加来研究稳态流形的结构。我们的工作为开放系统量子模拟提供了一种可管理且硬件高效的策略。
通过定期驱动交换相互作用来保护量子点自旋链中的量子信息
最近的研究通过周期性地驱动门定义量子点阵列中的最近邻交换相互作用，展示了量子自旋链中离散时间晶体物理的新途径 [H. Qiao 等人，Nat. Commun. 12，2142 (2021)]。在这里，我们对 GaAs 量子点小阵列中交换驱动的 Floquet 物理进行了详细分析，包括相图和其他诊断。我们还表明，新兴的时间晶体行为有利于多自旋态的保护和操纵。对于 GaAs 中典型的核自旋噪声水平，驱动和相互作用的结合将纠缠态的相干时间增加了几个数量级。对于其他量子点系统（例如 Si），也可以获得类似的结果。我们进一步展示了如何在单重态-三重态量子比特之间构建具有高保真度的时间晶体启发的 CZ 门。这些结果表明，周期性驱动交换耦合可以增强量子点自旋系统在量子信息应用中的性能。
身体伤疤：通过定期驾驶纠缠转向
复杂系统中多体量子动力学的控制是寻求可靠生产和操纵大规模量子纠缠状态的关键挑战。最近，在Rydberg原子阵列中进行了淬灭实验[Bluvstein等。Science 371，1355（2021）]证明，与量子多体疤痕相关的相干复兴可以通过周期性驾驶稳定，从而在广泛的参数方面产生稳定的亚谐波响应。我们分析了一个简单的，相关的模型，其中这些现象源于有效的Floquet统一中的时空顺序，对应于预先策略中离散的时晶行为。与常规离散的时间晶体不同，次谐波响应仅适用于与量子疤痕相关的n´eel样初始状态。我们预测扰动的鲁棒性，并确定在未来实验中可以观察到的新兴时间尺度。我们的结果表明，通过将定期驾驶与多体疤痕相结合，在相互作用的量子系统中控制纠缠的途径。
通过定期驾驶纠缠转向
复杂系统中多体量子动力学的控制是寻求可靠生产和操纵大规模量子纠缠状态的关键挑战。最近，在Rydberg原子阵列中进行了淬灭实验[Bluvstein等。Science 371，1355（2021）]证明，与量子多体疤痕相关的相干复兴可以通过周期性驾驶稳定，从而在广泛的参数方面产生稳定的亚谐波响应。我们分析了一个简单的，相关的模型，其中这些现象源于有效的Floquet统一中的时空顺序，对应于预先策略中离散的时晶行为。与常规离散的时间晶体不同，次谐波响应仅适用于与量子疤痕相关的n´eel样初始状态。我们预测扰动的鲁棒性，并确定在未来实验中可以观察到的新兴时间尺度。我们的结果表明，通过将定期驾驶与多体疤痕相结合，在相互作用的量子系统中控制纠缠的途径。
劳伦斯伯克利国家实验室
量子计算机的一个备受期待的应用是作为量子多体系统的通用模拟器，正如理查德·费曼在 20 世纪 80 年代所推测的那样。过去十年，量子计算在模拟量子系统静态特性（即小分子的基态能量）方面取得了越来越多的成功。然而，在当前到不久的将来的嘈杂中型量子计算机上模拟量子多体动力学仍然是一个挑战。在这里，我们展示了在 IBM 的 Q16 Melbourne 量子处理器和 Rigetti 的 Aspen 量子处理器上成功模拟非平凡量子动力学；即通过原子厚度的二维材料中的 THz 辐射超快速控制新兴磁性。其中包括执行此类模拟的完整代码和分步教程，以降低未来对这两台量子计算机进行研究的门槛。因此，这项工作为近期量子计算机上各种量子动力学的有前景的研究奠定了基础，包括 Floquet 态的动态局部化和噪声环境中量子比特的拓扑保护。
保护量子点旋转链中的量子信息...
最近的工作已经证明了一种新的途径，可以通过定期在栅极固定的量子点阵列中驾驶最近的邻居交换相互作用，以在量子自旋链中进行离散时间晶体物理[ARXIV：2006.10913]。在这里，我们在少量的GAAS量子点（包括相图和其他诊断）中介绍了交换驱动的浮子物理物理学的详细分析。我们还表明，新兴的时间结晶行为可以使多旋转状态的保护和操纵受益。对于GAA中的典型核自旋噪声水平，驾驶和相互作用的组合通过数量级增加了纠缠状态的相干时间。对于其他量子点系统，例如Si中的其他量子点系统，可以获得相似的结果。我们进一步展示了如何在具有较高有限的单元 - 三圈量子量之间构造时间晶体启发的CZ门。这些结果表明，定期驱动交换耦合可以增强用于量子信息应用的量子点旋转系统的性能。