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离子阱量子计算中光学跃迁的几何相位门
量子计算中最重要的、最困难的实验工作之一是实现近乎完美的两量子比特门操作。目前，人们认为大约 10 −4 的门错误概率足够低，可以实现所谓的高效容错量子计算 1、2。囚禁离子串是实现量子计算机最有希望的候选对象之一。用离子量子门实验实现的最低门不真实性仍然在 3% 左右 3。这种几何相位门的主要限制来自自发辐射和磁场涨落 3、4。离子阱量子计算可以用两种替代的量子比特编码来实现：超精细基态量子比特和通过光跃迁连接的量子比特态。对于超精细量子比特，门操作由偶极跃迁介导的拉曼耦合执行。参考文献 3 使用了基于这种超精细跃迁的编码。然而，在这样的设置下，将自发散射降低到所需的容错水平以下是很有挑战性的 5,6 ，因为需要大量的激光功率。最近，针对超精细量子比特 7 ，提出了在四极跃迁中使用拉曼过程。然而，这种策略需要高激光功率来实现短门时间。在这里，我们提出了在光学跃迁上使用 z 型几何相位门来克服 3 实现中存在的一些限制。例如，使用光学四极跃迁可以充分降低自发辐射事件的可能性。同时还表明，磁场不敏感状态可用于 z
分数薛定谔方程中双曲双阱势的量子信息熵
摘要：在本研究中，我们研究了双曲双阱势 (HDWP) 的分数阶薛定谔方程 (FSE) 中的位置和动量香农熵，分别表示为 S x 和 S p 。我们在分析中探索了用 k 表示的分数阶导数的各种值。我们的研究结果揭示了有关低位态的位置熵密度 ρ s ( x ) 和动量熵密度 ρ s ( p ) 的局部化特性的有趣行为。具体而言，随着分数阶导数 k 的减小，ρ s ( x ) 变得更加局部化，而 ρ s ( p ) 变得更加非局部化。此外，我们观察到随着导数 k 的减小，位置熵 S x 减小，而动量熵 S p 增加。特别地，这些熵的总和随着分数阶导数 k 的减小而持续增加。值得注意的是，尽管随着 HDWP 深度 u 的增加，位置 Shannon 熵 S x 增加，动量 Shannon 熵 S p 减少，但 Beckner–Bialynicki-Birula–Mycielski (BBM) 不等式关系仍然成立。此外，我们研究了 Fisher 熵及其对 HDWP 深度 u 和分数阶导数 k 的依赖关系。结果表明，Fisher 熵随着 HDWP 深度 u 的增加和分数阶导数 k 的减小而增加。
电泵浦 GeSn/SiGeSn 多量子阱激光器在连续波中运行
Si 基光子集成电路 (PIC) 将光学活性元件单片集成在芯片上，正在改变下一代信息和通信技术基础设施 1。在寻找基本的直接带隙的过程中，人们对 IV 族半导体合金进行了深入研究，以获得电泵浦连续波 Si 基激光器。沿着这条路径，已经证明可以通过化学计量和应变工程将新开发的 GeSn/SiGeSn 异质结构的电子带结构调整为直接带隙量子结构，从而为激光提供光增益 2。在本文中，我们介绍了一种多功能电泵浦激光器，它在低温下发射近红外波长为 2.35 µm 的低阈值电流为 4 mA（5 kA/cm 2）。它基于 6 周期 SiGeSn/GeSn 多量子阱结构，沉积在具有弛豫 Ge 缓冲层的 Si 衬底上。通过定义一个圆形台面结构来制作小尺寸微盘腔激光器，该结构蚀刻穿过层堆栈直至 Si 衬底。随后，通过去除此区域的 Ge 缓冲层，将盘的边缘蚀刻 900 nm。剩余的 Ge 基座用作 p 接触区以及激光器的散热器（图 1 a、b）。在这个简单的结构中，由于 SiGeSn 的导热性较差，有源区的实际晶格温度比热浴 T b 高约 60K。但是，激光器在 T b =40K 以下以连续波 (CW) 模式工作，但也可以在 T b =77K 时以直接调制模式高效工作至 ns 脉冲。
用于量子态转移和最优空间搜索的离子阱长距离 XY 模型
量子信息处理需要能够相干且精确地控制和测量的量子比特 [1]。被电磁场捕获并保存在真空室中的原子离子线性链可以满足这些要求，并且已经成为一个令人兴奋且有前途的量子计算平台 [2-4]。量子比特可以在超精细基态或塞曼基态中编码，其中离子通过 Mølmer-Sørensen 方案受到自旋相关力 [5]。然后，虚拟声子在库仑力的作用下介导离子之间的自旋-自旋相互作用 [6]。这样，离子阱链成为自旋-自旋相互作用系统的量子模拟的天然平台 [7]。大量的研究兴趣集中在为量子模拟设计特定的哈密顿量 [8-12]。尤其独特的是 XY 自旋模型，它们的长程相互作用以 1 / r α 衰减，其中 α 是一个可调参数。该模型存在模型空间外的相干泄漏，特别是对于较小的 α 。在这里，我们展示了如何完全缓解这种相干误差，并提供了两个应用：最佳空间量子搜索和 O ( √
用于量子应用的 12 英寸玻璃晶片上的功能表面离子阱
1 新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院，邮编 639798 2 巴黎第七大学材料与量子现象实验室，邮编 F-75025，巴黎，法国 3 新加坡科技研究局微电子研究所，邮编 117685 我们报告采用标准 CMOS 兼容后端工艺在 12 英寸玻璃基板上大规模制造功能完备的射频 (RF) 表面离子阱。采用成熟的 12 英寸铸造后端工艺（电镀铜和金饰面）直接在玻璃晶片基板上制造表面电极。我们通过用激光冷却的 88 Sr + 离子加载离子阱来测试它。该离子阱在 33 MHz 频率下 RF 幅度在 100 – 230 V 范围内时表现出稳定的操作。当真空室压力为 5 × 10 -11 mbar 时，离子寿命约为 30 分钟，这展现出在 CMOS 兼容且具有成本效益的平台上采用标准代工工艺实现量子计算系统未来的巨大潜力。
奥布里相离子阱量子计算机声子模式的特性
我们通过分析和数值方法研究了离子量子计算机中声子模式的特性。离子链被放置在一个谐振阱中，并带有一个额外的周期势，其无量纲振幅 K 决定了可用于量子计算的三个主要相位：在零 K 时，我们有 Cirac-Zoller 量子计算机的情况，在某个临界振幅 K < K c 以下，离子处于 Kolmogorov-Arnold-Moser (KAM) 相位，具有非局域声子模式和自由链滑动，在临界振幅 K > K c 以上，离子处于固定的 Aubry 相位，具有有限的频率间隙，保护量子门免受温度和其他外部波动的影响。对于 Aubry 相位，与 Cirac-Zoller 和 KAM 相位相反，声子间隙与放置在陷阱中的离子数量无关，从而保持陷阱中心周围的固定离子密度。我们表明，与 Cirac-Zoller 和 KAM 的情况相比，Aubry 相中的声子模式的局部化程度要高得多。因此，在 Aubry 相中，反冲脉冲会导致离子的局部振荡，而在其他两个相中，它们会迅速扩散到整个离子链上，使它们对外部波动相当敏感。我们认为，Aubry 相中的局部声子模式和声子间隙的性质为该相中具有大量离子的离子量子计算提供了优势。
半导体量子阱微腔中的光的玻色-爱因斯坦凝聚
当具有整数自旋的粒子在低温和高密度下聚集时，它们会发生玻色-爱因斯坦凝聚 (BEC)。原子、磁振子、固态激子、表面等离子体极化子和与光耦合的激子表现出 BEC，由于大量占据相应系统的基态，因此产生高相干性。令人惊讶的是，最近发现光子在有机染料填充的光学微腔中表现出 BEC，由于光子质量低，这种情况发生在室温下。在这里，我们证明无机半导体微腔内的光子也会热化并经历 BEC。虽然人们认为半导体激光器是在热平衡之外运行的，但我们在系统中确定了一个热化良好的区域，我们可以清楚地区分激光作用和 BEC。半导体微腔是探索量子统计光子凝聚体的物理和应用的强大系统。实际上，光子 BEC 在比激光器更低的阈值下提供其临界行为。我们的研究还显示了另外两个优点：无机半导体中没有暗电子态，因此这些 BEC 可以持续存在；量子阱提供更强的光子-光子散射。我们测量了一个未优化的相互作用参数 (̃ g ≳ 10 –3)，该参数足够大，可以了解 BEC 内相互作用的丰富物理特性，例如超流体光。
温度和强磁场对具有量子阱Hgcdte/Cdhgte异质结构能态密度振荡的影响
在基于量子阱的异质结构材料中，研究能态密度对量化磁场强度和占据的依赖关系，可以为纳米级半导体结构中电荷载流子的能谱提供有价值的信息。当低维半导体材料暴露于横向量化磁场时，能态密度可以通过动力学、动力学和热力学量的振荡依赖关系来测量——磁阻、磁化率、电子热容量、热电功率、费米能和其他物理参数 [3, 4]。由此可见，在横向和纵向磁场存在下研究矩形量子阱导带能态密度的振荡是现代固体物理学的迫切问题之一。
应变锗双量子阱中的垂直栅极定义双量子点
硅锗异质结构中的栅极定义量子点已成为量子计算和模拟的有力平台。迄今为止，发展仅限于在单个平面中定义的量子点。在这里，我们提出通过利用具有多个量子阱的异质结构来超越平面系统。我们展示了应变锗双量子阱中栅极定义双量子点的操作，其中两个量子点都与两个储层进行隧道耦合，并发生平行传输。我们分析了与附近栅极的电容耦合，发现两个量子点都聚集在中央柱塞栅极下方。我们提取了它们的位置和大小，由此得出结论，双量子点垂直堆叠在两个量子阱中。我们讨论了多层器件的挑战和机遇，并概述了量子计算和量子模拟中的一些潜在应用。
![arXiv:2108.09123v1 [physics.atom-ph] 2021 年 8 月 20 日](/simg/g:\will\search\icon\source\8\88f8ad6954367c3e6e1351492ba17dd60d0259b3.webp)
arXiv:2108.09123v1 [physics.atom-ph] 2021 年 8 月 20 日
我们描述了用于存储和冷却原子氢 (H) 的大型磁阱的设计和性能。该阱在 1.5 K 温度下的稀释制冷机的真空空间中运行。为了获得较大的阱体积，我们实施了八极子配置的线性电流 (Ioffe 条) 用于径向约束，并结合两个轴向箍缩线圈和一个 3 T 螺线管用于低温 H 解离器。八极子磁体由八个轨道段组成，它们通过磁力相互压缩。这提供了一个机械稳定且坚固的结构，每个段都可以更换或修理。最大阱深度达到了 0.54 K (0.8 T)，相当于 50 mK 下氢气的有效体积为 0.5 升。这比以往用于捕获原子的体积要大一个数量级。