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量子阱微柱腔中的少光子全光相位旋转
光子平台是量子技术的绝佳环境，因为弱的光子与环境耦合可以确保较长的相干时间。量子光子学的第二个关键因素是光子之间的相互作用，这可以通过交叉相位调制 (XPM) 形式的光学非线性提供。这种方法支撑了量子光学 1 – 7 和信息处理 8 中的许多拟议应用，但要发挥其潜力，需要强的单光子级非线性相移以及可扩展的非线性元件。在这项工作中，我们表明所需的非线性可以由嵌入量子阱的微柱中的激子极化子提供。它们将激子的强相互作用 9、10 与微米级发射器的可扩展性结合起来。11。使用衰减到单光子平均强度以下的激光束，我们观察到每个极化子的 XPM 高达 3±1 mrad。以我们的工作为第一步，我们为极化子晶格中的量子信息处理铺平了道路。XPM 的量子应用包括远距传物 1 、光子数检测 2 、计量学 4 、密码学 5 和量子信息处理 (QIP)，其中它被提议作为电路 6 和测量 7 的途径
制造具有集成载流导线的表面离子阱以实现高磁场梯度
摘要 量子计算机面临的一个主要挑战是可扩展的量子门同时执行。在囚禁离子量子计算机中解决这一问题的一种方法是基于静态磁场梯度和全局微波场实现量子门。在本文中，我们介绍了表面离子阱的制造方法，其中集成的铜载流导线嵌入在离子阱电极下方的基板内，能够产生高磁场梯度。在室温下测得的铜层薄层电阻为 1.12 m Ω /sq，足够低，可以实现复杂的设计，而不会在大电流下产生过多的功率耗散导致热失控。在 40 K 的温度下，薄层电阻降至 20.9 μ Ω /sq，残余电阻比的下限为 100。可以施加 13 A 的连续电流，导致在离子位置处模拟磁场梯度为 144 T m − 1，对于我们设计中的特定反平行线对，该位置距离陷阱表面 125 μ m。
使用射频阱和动态光势的陷阱离子量子计算的可扩展架构
基于线性射频阱中捕获离子的量子比特由于其高保真度的操作、全对全连接和局部控制程度而成为量子计算的成功平台。原则上，可以限制在单个 1D 寄存器中的基于离子的量子比特数量没有根本限制。然而，在实践中，长捕获离子晶体存在两个主要问题，这些问题源于其运动模式在扩大时会“软化”：离子运动的高加热率和密集的运动谱；两者都会阻碍高保真量子比特操作的性能。在这里，我们提出了一种使用大离子晶体的量子计算的整体、可扩展架构来克服这些问题。我们的方法依赖于动态操作的光势，它可以瞬间将离子晶体分割成可管理大小的单元。我们表明这些单元表现为几乎独立的量子寄存器，允许所有单元上都有并行纠缠门。重新配置光学势能的能力保证了整个离子晶体的连通性，并且还实现了高效的中电路测量。我们研究了大规模并行多量子比特纠缠门的实现，这些门可同时在所有单元上运行，并提出了一种协议来补偿串扰误差，从而实现大规模寄存器的全面使用。我们说明了这种架构对于容错数字量子计算和模拟量子模拟都是有利的。
捕获离子量子计算
摘要 量子信息处理的未来需要稳定的硬件平台来可靠、低错误率地执行量子电路，以便在其基础上构建工业应用的解决方案。与其他平台一样，离子阱量子计算目前被证明非常适合从桌面实验室实验过渡到机架式本地系统，这些系统允许在数据中心环境中运行。在数据中心内的量子计算机上成功实现工业应用之前，需要解决几个技术挑战，并需要优化和自动化控制许多自由度。这些必要的发展包括从根本上定义所支持指令集的离子阱架构、限制量子比特操作质量的控制电子设备和激光系统，以及基于量子比特属性和门保真度的量子电路优化编译。在本章中，我们介绍了离子阱量子计算平台，介绍了 Alpine Quantum Technologies 离子阱硬件和机架式量子计算系统的当前技术水平，并重点介绍了执行堆栈的各个部分。
补充信息：利用薄硅量子阱降低量子点中的电荷噪声
其中，我们计算形成量子阱的平面数 ( n qw ) 并乘以 d qw 。因此，厚度测量的预期不确定性在于是否考虑了阱的初始平面和最后一个平面，即标准偏差由 σ = 2 d qw 给出。考虑到这一点，对于异质结构 B，其中 x = 0.31，在量子阱的不同区域 n qw = 33（3 次）和 34 进行了四次不同的测量，计数（002）平面。在平均实验 δ 为 -1.6±0.2 % 的情况下，我们得到 d qw = 2.704±0.007 Å，从而得到平均厚度 t qw = 9.0±0.5 nm。对于异质结构 C，x = 0. 31 并进行了两次计数 (002) 面的测量，n qw = 19 和 20。根据平均实验 δ -1.7±0.5 %，我们获得 d qw = 2 . 701 ± 0 . 014 Å，从而得出平均厚度 t qw = 5 . 3 ± 0 . 5 nm。
共振隧穿增强场的理论分析
图 3. 场发射电流密度（根据公式 (10) 计算）在不同条件下量子阱宽度 d 的函数：(a) 直流场 F ，其中 L = 0.1 nm，H = 6 eV；(b) 阱深度 H ，其中 L = 0.1 nm，F = 4 V/nm；和 (c) 到表面的距离 L ，其中 H = 6 eV，F = 4 V/nm。在 J - d 图中，共振峰出现在不同的 (d) F 、(e) H 和 (f) L 处的量子阱宽度，分别对应于 (a) – (c) 中的情况。向上的三角形是从图 3(a)-3(c) 中提取的。圆圈是使用公式 (11) 计算的。公式 (10) 中的温度取自 T = 300 K。
捕获离子量子计算、模拟和传感
https://ws680.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=912704 ; C. Monroe, .., http://iontrap.umd.edu/wp-content/uploads/2014/10/VarennaLecture2013.pdf 彭宁阱 – Bohnet, .., Science 352, 1297 (2016); Gärttner, .., Nat. Phys., 13, 781 (2016) 线性射频阱 - K. Kim, New J. Physics 13, 105003 (2011); P. Richerme, .., Nature 511, 198 (2014);
面向囚禁离子量子计算机的基于循环的穿梭，扩展摘要
I. 引言 量子计算 [1] 作为一种新范式，有望解决某些在传统计算机上难以计算的问题。离子阱量子计算机是在可预见的未来最有希望展现量子优势的候选者之一 [2]。然而，这种机器的扩展需要相应的工具支持才能充分发挥其潜力。特别是对于离子阱，有效地移动（即穿梭）离子是一个重要问题，因为不必要的移动不仅增加了所需时间，而且还增加了由于退相干而导致错误的可能性。这使得确定有效的移动时间表对于离子阱量子计算机中的有用计算至关重要。已经提出了解决该问题的第一个解决方案，例如在 [3]–[7] 中。然而，所考虑的架构相对简单，并未涵盖大部分可能的架构。在这项工作中，我们提出了一种基于循环的启发式方法的概念，用于为给定的量子电路生成有效的穿梭时间表。
将彭宁阱中平面内运动的二维离子晶体快速冷却至毫开尔文温度
我们提出了一种非常可行的技术，无需任何实验开销，即可快速冷却彭宁阱中大型二维离子晶体的平面内自由度。通过模拟，我们证明了我们的方法能够在不到 10 毫秒的时间内将平面内模式冷却到约 1 mK 的温度。 我们的技术依赖于冷却不良的平面内运动和有效冷却的平面外运动的近共振耦合，并且无需引入额外的电位即可实现。我们的方法实现的快速冷却与典型的操作条件形成对比，在典型的操作条件下，我们对激光冷却动力学的模拟表明离子晶体的平面内运动在几百毫秒的时间尺度上非常缓慢地冷却，这一速度可能比实验加热速度慢。我们的工作为平面运动的亚多普勒激光冷却以及在彭宁阱中使用二维晶体进行更稳健、更通用的量子模拟和量子传感实验奠定了基础。
测量离子阱量子磁体中的非时间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粒子数量而有利地扩展。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用于研究多体定位、量子相变以及量子和引力系统之间的全息对偶性测试。电视