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World File Search System原子钟
量子计算和网络的量子硬件抽象层 1.0 版
量子传感和计量包括那些可以利用量子系统对环境影响的高灵敏度来更精确地测量物理特性和时间的应用（例如磁传感器和热传感器、重力仪、无 GPS 导航仪、时钟；TRL 为 4-9）。总体而言，虽然一些量子应用目前已经在商业上可用（例如 QKD 和 QRNG、量子退火器、量子模拟、原子钟和一些量子传感器），但第二波量子技术的当前使用仍然相对有限。这是由于技术限制以及技术性能和成本之间的权衡。需要进一步的进展。例如，在量子通信中，需要技术突破来开发量子中继器：这将是长距离 QKD、分布式量子计算和量子互联网的关键一步。关于量子计算，一个障碍是减轻随机波动，这些波动可能在处理过程中偶尔翻转或随机化量子位的状态。量子软件场景非常活跃，但相当分散：主要努力是定义语言，使程序员能够在高抽象层次上工作。与此同时，国际社会正在认识到这些量子技术在实现突破时在多个市场中的颠覆性潜力。
全国光学大会 2022 年 11 月 30 日
Frédéric Grillot，巴黎电信，法国 半导体量子点，为什么它们如此量子化？起源、前景和挑战：像量子点这样具有低维性的半导体纳米结构是实现高性能光子器件最有吸引力的解决方案之一。当纳米晶体的一个或多个空间维度接近德布罗意波长时，纳米级尺寸效应会产生载流子的空间量化以及其他基于量子力学的各种现象。由于其紧凑性、出色的热稳定性和大的反射免疫力，半导体量子点激光器是低能耗和无隔离光子集成电路非常有希望的候选者。当直接在硅上生长时，它们甚至表现出比传统量子阱器件高得多的四波混频效率。这一显著成果为实现光子芯片的高效频率梳生成铺平了道路。量子点激光器在光路由和光原子钟应用方面也表现出巨大的潜力。最后但并非最不重要的一点是，量子点单光子源是安全通信的基石，因此可以应用于量子计算机等应用的量子信息处理。我将回顾使用量子点技术制造的纳米结构发光器的最新发现和前景。将介绍从基于硅的集成解决方案到量子信息系统的许多应用。
交通运输中的全球定位系统...
全球定位系统，由 24 颗绕地球运行的卫星及其在地球上的相应接收器组成的全球卫星导航系统，它为全球提供了确定位置、速度和时间的实用且经济实惠的方法。卫星在距地面约 12,000 英里处绕地球运行，每 24 小时绕地球运行两次。GPS 卫星不断向地面接收器发送包含卫星位置数据和准确时间的数字无线电信号。卫星配备了精确到十亿分之一秒的原子钟。根据这些信息，接收器知道信号到达地面接收器需要多长时间。由于每个信号都以光速传播，接收器接收信号的时间越长，卫星距离就越远。通过了解卫星的距离，接收器就知道它位于以卫星为中心的假想球体表面的某个位置。通过使用三颗卫星，GPS 可以根据三个球体的交点计算接收机的经度和纬度。通过使用四颗卫星，GPS 还可以确定高度。GPS 由美国国防部 (DOD) 开发和运营。它最初被称为 NAVSTAR（带定时和测距的导航系统）。在民用之前，GPS 用于为军事提供全天候的导航能力
利用 Autler-Townes 效应进行声子数状态的单次测量
捕获离子量子信息处理的常用方法是利用电子态存储信息，而离子链共享的运动模式可实现纠缠操作[1]。然而，运动模式可以发挥更积极的作用。例如，运动自由度可用于存储量子信息[2]，从而允许使用捕获离子进行连续变量的量子信息处理。运动模式也是量子逻辑谱学中非常重要的工具[3]，这使得精确的原子钟成为可能[4]。此外，在计量学中，非经典离子运动状态可以发挥优势[5 – 7]。从更基本的方面来看，捕获离子运动在量子热力学研究中充当工作介质[8 – 10]。研究陷阱势变化时声子对产生的动力学可以模拟粒子的产生，从而建立量子信息处理和宇宙学之间的联系[11]。最后，局部声子的测量及其跟踪使得运动自由度的量子模拟成为可能[12,13]。捕获离子的运动可以用各种方法测量[8,12,14 – 19]，包括通过交叉克尔非线性[18,20,21]和复合脉冲序列[12]。还有使用快速绝热通道（RAP）[22,23]和受激拉曼绝热通道（STIRAP）[24]序列或多色振幅调制的方案
Th-229 核的激光激发
利用相干电磁辐射对基本量子系统进行共振激发是许多物理学实验的核心，例如原子和分子光谱、原子钟、量子信息处理等。相干激光激发有许多应用，特别是需要高精度控制量子叠加态的频率或相位时，但迄今为止它在核物理中几乎没有使用[1]。从典型的核激发能量和可用的激光光子能量之间的巨大不匹配可以理解激光激发原子核的困难。核激发已经在激光产生的等离子体中得到证实，其中相互作用是通过在强激光场中加速的电子介导的，电子在碰撞中或通过X射线范围内的轫致辐射与原子核相互作用[2]。不同的原子核已经通过同步辐射在6 – 60 keV能量范围内的跃迁上进行共振激发，寿命在纳秒到微秒范围内[3]。 Sc-45 的 12.4 keV 共振最近在欧洲 x 射线自由电子激光器 [4] 上被激发，其寿命为 0.47 秒。Th-229 原子核以其独特的低能同质异能态而闻名 [5 – 7] 。其激发能量为 8.4 eV，使核跃迁处于真空紫外 (VUV) 光谱范围内，使其可用于台式激光系统和精密光学工具的实验
2024 年 4 月 26 日 BluGlass 改进了新型 GaN DFB 激光器的性能，以适应量子应用
量子信息科学正在迅速发展，迫切需要紧凑型单波长（单频）激光光源。受激光与原子尺度上的独特材料的相互作用推动了量子计算和量子应用的进步，需要特定波长来针对单个原子相互作用。自然物理学决定了与特定原子、晶体和环境相互作用所需的独特波长。许多这些所需波长都在近紫外 (UVA) 和可见光谱中。由于其独特的激光特性，氮化镓 (GaN) 激光器非常适合解决这些自然界规定的 UVA 和可见波长。新兴量子市场为可见激光二极管制造商（如 BluGlass）提供了巨大的机会，因为许多实现原子跃迁的波长都发生在可见波长，并且在包括先进机器人和生物医疗设备在内的极具前景的应用中越来越受到客户的追捧。脑驱动的假肢自动化和用于军事和商业应用的量子导航原子钟就是这种下一代技术的很好例子。麦肯锡公司在其 2021 年量子报告中指出：“量子计算是我们这个时代最具革命性的技术之一，距离广泛的商业应用还有十年的时间。然而，鲜为人知但具有关键工业和科学意义的两项相关技术将更早面世：量子传感 (QS) 和量子通信 (QComm)。
Thorium-229低能异构体和核时钟
尽管我们习惯于谈论原子钟，但这些设备的起源可以追溯到核物理学的研究。在1924年，沃尔夫冈·保利（Wolfgang Pauli）指出，原子光谱线的某些分裂起源于核的磁矩与电子1之间的耦合。在1935年，亨德里克·卡西米尔（Hendrik Casimir）表明，当细胞核的电荷分布不是球上对称2时，电动相互作用会产生可比幅度的线分裂，但具有不同的光谱模式。基于这种超细结构的精确测量，原子过渡的光谱已成为有关核性质的信息的重要来源。Isidor Rabi组研究了与微波辐射3相互作用的原子梁。可以以极好的重现性记录一些共振，以至于Rabi在1945年提议将它们用于“最准确的时计” 4。这是剖腹时钟的开创性想法，它一直是时间的基础数十年5。尽管在20世纪下半叶，原子和核PHY SIC的领域朝着不同的方向扩展，但现在，一个新兴的话题正在两个领域之间在两个领域之间建立新的联系，而高度精确的时钟的概念再次起着中心作用。在约9.2 GHz处CS时钟的共振频率取决于133 CS核，价电子及其电磁相互作用的性质。在设计良好的时钟中，原子受到保护，免受其他明智地改变共振频率的外部扰动。近年来，在
超导Qubits中突出的破坏机制的概述
量子位或量子位定义为量子系统的两个状态[1]，用于存储和处理量子信息，以类似地与位置在日常，标准，计算机中存储和处理信息的方式。尽管量子计算机比其经典尺度上具有许多优势，但我们仍然无法控制将噪声引入系统的各种机制，以利用较大量子阵列的完整功能。噪声可以降低量子的相干时间，这是量子量子在不可逆转地丢失信息之前保持一定状态的时间。目前，具有量子机械自由度的宏观超导电路是错误耐受量子计算的领先候选者。我们将这些简单地称为超导量子。尽管有数十年的先前工作的其他体系结构，例如原子钟，是由于易于制造（半导体处理），控制（利用雷达/无线技术）以及商业低温系统中突破性的操作而引起的。 尽管自1980年代首次亮相以来，电子连贯时间的相干时间超过六个数量级，并且对竞争的上述优势，但非平衡准粒子（QPS）（第4页）和两级系统（TLS）（TLS）>>/div>>/div>>/div>>/div>>/div>>/div>>/div>>是由于易于制造（半导体处理），控制（利用雷达/无线技术）以及商业低温系统中突破性的操作而引起的。尽管自1980年代首次亮相以来，电子连贯时间的相干时间超过六个数量级，并且对竞争的上述优势，但非平衡准粒子（QPS）（第4页）和两级系统（TLS）（TLS）
光学时钟量子比特阵列中的长寿命贝尔态
作为量子科学中的重要资源，量子纠缠可在计算、密码学和材料科学等领域实现广泛的应用。其中一个强大的应用领域是计量学，纠缠多粒子量子态 1 – 8 的特性可提供更高的灵敏度和更高带宽的传感器。将此类增强功能与最先进的时间和频率计量学 9 – 14 （即光学原子钟）相结合一直是量子计量领域的明确目标。构建量子增强光学时钟对大地测量学 15、16、引力波探测 17 – 19 以及探索超出标准模型的物理学 20 具有广泛的影响。存在多种创建计量上有用的纠缠的方法。在中性原子光晶格钟中，已经提出了许多使用腔量子电动力学、里德堡相互作用或碰撞相互作用的方法 21 – 26 — 事实上，最近，已经使用集体腔量子电动力学相互作用在光钟跃迁中产生了自旋压缩态 27 。在囚禁离子中，光学分离量子比特上的纠缠的提议和实现依赖于库仑晶体模式介导的自旋-自旋相互作用，允许高效地产生纠缠和格林伯格-霍恩-泽林格态，最多可产生 24 个离子光学量子比特 28 或空间分布的单粒子之间的光子量子网络
![arXiv:2208.08064v1 [quant-ph] 2022 年 8 月 17 日](/simg/5\56eeb528be8fc0e513ea4fd753abd7b9cc9a378e.webp)
arXiv:2208.08064v1 [quant-ph] 2022 年 8 月 17 日
索尔维物理学会议为我们提供了一个绝佳的机会来评估最近的科学进展，并反思我们面临的挑战和机遇。索尔维会议对 20 世纪量子物理学的发展产生了巨大的影响，最早可追溯到 1911 年。这些进步改变了我们对自然的理解，也为激光、原子钟、磁共振成像和单个微芯片上的数十亿个晶体管等非凡技术铺平了道路。这些技术虽然无疑令人印象深刻且影响深远，但仅仅触及了量子理论如何重塑我们对宇宙可能性的看法的表面。现在，在人类历史上，我们首次开发和完善了工具，以创建和精确控制许多相互作用粒子的非常复杂的状态，这些状态非常复杂，以至于我们无法使用现有最强大的计算机有效地模拟它们，也无法使用目前已知的理论思想预测它们的行为。随着我们控制量子世界的能力日趋成熟，必将出现深刻的科学发现和强大的技术。量子信息科学的快速发展使得现在成为召开索尔维量子信息物理学会议的特别恰当的时机。该主题涵盖了四个相互交织的主题，将在后续会议中讨论：量子计算机科学，1,2 量子硬件，3,4 量子物质，5,6