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用于量子信息科学的半导体自旋
简介：Samuel Carter 博士是物理科学实验室 (LPS) 的研究员主管，从事固态自旋系统的量子传感和量子计算实验研究。他是固态量子比特量子光学、自旋相干控制和固体缺陷自旋量子传感方面的专家。2004 年，他在加州大学圣巴巴拉分校获得物理学博士学位，与 Mark Sherwin 教授合作研究太赫兹驱动量子阱，并在 NIST 和科罗拉多大学博尔德分校与 Steve Cundiff 教授一起从事半导体超快光谱博士后研究。在美国海军研究实验室从事固态量子信息科学工作 15 年后，Carter 博士加入 LPS，从事半导体自旋系统的量子传感和量子计算研究。
利用原子自旋进行量子计算的硅光子学
教职员工：Jeff Young、Robert Raussendorf、Lukas Chrostowski 学生、博士后、研究人员：Kashif Awan、Jingda Wu、Xiruo Yan、Donald Witt、Becky Lin、Adam Darcie、Adan Azem、Abdelrahman Afifi、Sebastian Gitt、Matthew Mitchell、Andreas Pfenning、David Roberts 与西蒙弗雷泽大学的 Stephanie Simmons 团队合作。
偏振光谱中的原子自旋的量子控制和测量
量子控制和测量是同一枚硬币的两面。要影响动态图，必须将精心设计的时间相关控制场应用于感兴趣的系统。要读出量子态，必须将有关系统的信息传输到探测场。我们研究了这种双重作用的一个特定示例，即通过与非共振光学探针的光移相互作用对原子自旋进行量子控制和测量。通过引入不可约张量分解，我们确定了光场的斯托克斯矢量与原子自旋态矩的耦合。这表明偏振光谱如何用于随时间演变的原子可观测量的连续弱测量。同时，探测场引起的状态相关光移可以驱动自旋的非线性动力学，并可用于在原子上产生任意的幺正变换。我们重新审视主方程的推导，以便在非线性动力学和光子散射的情况下给出自旋动力学的统一描述。基于这种形式，我们回顾了量子控制的应用，包括状态到状态映射的设计，以及通过对动态控制集合进行连续弱测量进行量子态重建。2009 Elsevier BV 保留所有权利。
量子旋转的伪马约拉拉伪造功能重新归一化
我们实施了Honerkamp和Salmhofer [Phys。修订版b 64，184516（2001）]进入了量子自旋系统的伪摩霍拉纳功能重新归一化组方法。由于这种方法的重新归一化组参数是物理量，因此与更常规的重新归一化组参数相比，温度t，数值效率显着提高，尤其是在计算限制性 - 温度相图时。我们首先采用此方法来确定简单的立方晶格上J 1 -j 2 Heisenberg模型的有限温度相图，在此，我们的发现支持了围绕高挫折点J 2 = 0的消失的小型非磁相的主张。25 J 1。 也许最重要的是，我们发现温度流方案在检测有限的平移过渡方面是有利的。 最后，我们将温度流方案应用于方格上的偶极XXZ模型，在那里我们找到了具有较大非磁性状态的丰富相图，以至于最低的可访问温度。 在适用于错误控制的（量子）蒙特卡洛方法的比较时，我们发现了出色的定量一致性，与数值确切的结果相比偏差不到5％。25 J 1。也许最重要的是，我们发现温度流方案在检测有限的平移过渡方面是有利的。最后，我们将温度流方案应用于方格上的偶极XXZ模型，在那里我们找到了具有较大非磁性状态的丰富相图，以至于最低的可访问温度。在适用于错误控制的（量子）蒙特卡洛方法的比较时，我们发现了出色的定量一致性，与数值确切的结果相比偏差不到5％。
利用分子自旋扩展量子计算的展望
我们来看一下这些分子构建块的组成和它们的特性。它们每个都由一到几个磁性离子组成，由有机配体分子壳稳定和保护（图 1）。有效基态为 S = 1/2 的分子提供了最简单的量子比特实现，但是，如下所述，还存在许多其他有吸引力的可能性。我们的目的是讨论此类分子构建块在实现大规模量子计算方面的潜力，以及它们为实现某些特定应用所提供的优势。我们考虑了两种扩大规模的替代方案，如图 1 所示。第一种方法基于阵列中不同量子比特之间的不对称性（例如，每个量子比特具有不同的频率）以及它们之间的相互作用。随后的能级非谐性允许人们通过简单地选择作用于整个阵列的共振电磁脉冲的适当频率（或“颜色”）来解决每个操作。这种策略允许通过“化学”进行扩展，即在每个分子内进行扩展。第二种选择涉及对每个量子比特及其与其他量子比特的相互作用进行局部控制。它依赖于控制和连接单个分子自旋这一极具挑战性的目标。
通过量子测量和反馈模拟集体自旋的非线性动力学
我们研究了一种使用基于测量的反馈来模拟自旋集合的量子多体动力学的方法。通过对大型两级量子系统集合进行弱集体测量并应用以测量结果为条件的全局旋转，可以模拟平均场量子踢陀螺的动力学，这是量子混沌的标准范式。我们通过分析表明，存在一个单独的量子轨迹可以充分恢复经典极限的机制，并展示了从嘈杂的量子动力学到由经典 Lyapunov 指数描述的完全确定性混沌的过渡。我们还分析了退相干的影响，并表明所提出的方案代表了一种可靠的方法，可以在基于原子光界面的实际实验平台上探索复杂量子动力学中混沌的出现。
补充信息 将金刚石中的氮空位中心自旋与葡萄二聚体耦合
为了模拟 NV 自旋对 MW 场（特别是磁场分量）的响应，使用量子主方程方法推导出理论方程。在室温下，NV 自旋包含 NV − 的基态和激发自旋三重态、NV − 的两个中间态以及两个 NV 0 态。由于 1 A 1 的自旋寿命远小于 1 E 的寿命（参见正文），因此单重态实际上被假定为一个状态（1 E）。NV 0 态的包含解释了导致电荷状态切换的电离效应。在 NV 0 态下，它可以被光泵送回 NV − 的基态三重态。图 S.I.1 显示了由九个能级组成的 NV 能量图。如果忽略电离效应，在简并三重态的情况下，可以使用具有更少能级的更简单的模型。建模 ODMR 的基本状态是 NV − 的基态、中间态和激发态。但是，由于 NV 0 和 NV − 之间的跃迁速率
代表不同坐标系中的量子旋转，用于建模刚体方向
1。简介compution countientation在包括机器人技术和航空设备在内的许多领域中，刚体的方向是一项重要任务。特定于机器人技术，定向在许多工业，医疗和手术应用中起着基本作用。各种方法通常用于建模和表示刚体的方向，例如球形坐标和欧拉角，或偏航，俯仰和滚动（YPR）角度。这些方法使用3 3个矩阵来保存三个单元向量的投影坐标，从而使它们成为内存和资源密集型。相比之下，还开发了紧凑的方法，例如四季度和双重四季度。此代表仅使用四个组件：一个真实和三个虚构部分。上述所有方法已成功用于多个应用程序；