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多模网络中的最优光子不可区分性测试
摘要： 粒子不可区分性是量子统计的核心，它调控着固体电子能带结构、玻色-爱因斯坦凝聚和超导等基本现象。此外，在线性光学量子计算与模拟（特别是玻色采样装置）等实际应用中也不可或缺。因此，开发验证多光源间真实多光子干涉的工具至关重要。我们的方法采用总变分距离来寻找那些能最小化区分可区分光子与不可区分光子行为误差概率的变换。特别地，我们证明所谓的西尔维斯特干涉仪在此任务中近乎最优。通过贝叶斯检验与推断，我们数值表明西尔维斯特变换在所需样本量方面显著优于大多数哈尔随机酉变换。此外，我们通过高效三维集成电路在单源和多源情况下实验验证了该变换的有效性。随后我们讨论了将该方法扩展至更多光子和模式的情形。这些成果为应用西尔维斯特干涉仪优化评估多光子干涉实验开辟了道路。
关键词： 西尔维斯特干涉仪、粒子不可区分性、量子统计、光学量子计算、多光子干涉实验、贝叶斯检验、量子模拟
更新于2025-09-23 15:23:52
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量子点阵列中隧道耦合的高效正交控制
摘要： 静电定义的半导体量子点阵列为量子计算和量子模拟提供了极具前景的平台。然而，栅极电压对量子点电势及点间隧穿耦合的串扰使得器件参数的调控变得复杂。迄今为止，通过所谓的虚拟栅极（即物理栅极电压的特定线性组合）已能常规且高效地补偿对量子点电势的串扰。但由于隧穿耦合对栅极电压呈指数依赖性，目前对隧穿势垒的串扰补偿仍需依赖缓慢的迭代过程。本工作表明，利用该指数依赖性同样适用于所有栅极的特性，可高效表征并补偿隧穿势垒的串扰。我们在四量子点阵列中实现了串扰的高效校准，并定义了一组虚拟势垒栅极，据此展示了对所有点间隧穿耦合的正交控制。该方法标志着大规模量子点阵列调控过程可扩展性的关键突破。
关键词： 量子模拟、量子点阵列、隧穿耦合、量子计算、串扰补偿
更新于2025-09-23 15:21:01
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量子比特-光子束缚态的有效多体哈密顿量
摘要： 与结构化浴耦合的量子发射体（QEs）可在其周围局域多个光子并形成量子比特-光子束缚态。在马尔可夫或弱耦合区域，已知通过这些单光子束缚态实现的量子发射体相互作用会产生具有可调但微扰性相互作用的等效多体量子发射体哈密顿量。本研究探讨了非马尔可夫或强耦合区域中不同激发子空间内此类模型的涌现现象。通过解析方法表征了最多含三个激发的非马尔可夫区域等效模型，揭示了双子态或三子态的存在。此外，我们为多激发系统提供了数值结果，展示了具有光学可调相互作用极化子模型的涌现，其多体基态呈现超流-莫特绝缘体相变。
关键词： 长程相互作用、量子模拟、量子光学
更新于2025-09-23 15:21:01
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光镊中光子晶体波导与原子阵列的集成
摘要： 近年来，将纳米光子学与冷原子相结合的研究因其在量子信息科学和量子多体物理探索中的广泛应用而备受关注。例如，色散工程化的光子晶体波导（PCW）不仅能通过与导模光的相互作用实现超冷中性原子的稳定捕获与探测，还为研究原子间强光子介导相互作用及光子间原子介导相互作用提供了可能。虽然目前已分析了1D和2D纳米光子晶格中原子与光子的多种理论可能性，但实验上实现PCW与超冷原子的集成仍是重大挑战。本文描述了一种突破当前实验进展若干关键障碍的先进装置，旨在通过单原子镊子阵列与1D和2D PCW中光子的强耦合，实现光与物质的强量子相互作用。主要技术进展包括：实现光与PCW导模的高效自由空间耦合、硅芯片在小尺寸玻璃真空腔内的硅酸盐键合技术，以及将单原子镊子阵列确定性机械递送至光子晶体波导近场区域的方法。
关键词： 原子与纳米光子学、量子模拟、量子电介质、量子信息科学
更新于2025-09-23 15:19:57
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圆态里德伯原子的激光囚禁
摘要： 里德伯原子是量子模拟与计算的卓越工具。目前实验研究主要集中于低角动量里德伯态，但原子运动和能级寿命将实验时间尺度限制在约100微秒。我们在此展示了对长寿命圆态里德伯原子的二维激光囚禁技术，其持续时间可达10毫秒。该方法具有普适性，为基于里德伯原子的量子技术开辟了诸多可能。10毫秒的囚禁时间相当于圆态量子模拟器中数千次相互作用周期，同时通过将原子-场相互作用时间提升至前所未有的量级，该技术对里德伯原子量子计量学与量子信息处理也具有重要前景。
关键词： 圆形里德堡态、量子计算、里德堡原子、量子模拟、激光囚禁
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过非共振调制驱动实现中性原子的受控相位门协议
摘要： 中性原子阵列是研究量子模拟和量子逻辑门的理想平台，学界已投入大量精力提升双量子比特门的保真度。我们报道了近期利用里德堡阻塞效应构建新型双量子比特受控相位门协议的研究成果，该方案兼具鲁棒性与高保真度特性。其核心是通过具有特殊平滑波形的调制驱动脉冲实现量子门所需的相位积累，主要优势包括：单脉冲完成门操作、无需单比特寻址、对阻塞位移精确值不敏感，以及有效抑制布居泄漏误差与旋转误差?；诖私梗颐墙徊娇⒘怂龀宸枪舱竦髦魄纳斗桨?，其显著特征为多普勒不敏感性，旨在解决冷原子残余热运动对双量子比特门保真度的挑战。理论上，该方案能在较宽的量子比特原子速度范围内保持较高门保真度。此外，我们预期该研究将启发其他类型量子比特平台门协议的改进，相关策略也可应用于量子最优控制领域。
关键词： 多普勒不敏感性、受控相位门、量子逻辑门、中性原子阵列、里德堡阻塞、量子模拟
更新于2025-09-23 15:19:57
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环形表面上的暗光学陷阱阵列
摘要： 我们已在理论上构建了能够产生光学势场的照明光场，这些光场可在环面表面形成矩形阵列的暗光学陷阱。该阵列不受衍射极限限制，其周期原则上可远小于波长。我们讨论了实现此类势场所面临的挑战，这对量子模拟研究具有重要意义。
关键词： 涡旋线、量子模拟、光学陷阱、环形表面、亚波长
更新于2025-09-23 03:30:34
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一种新型超缩放石墨烯纳米带无结隧穿场效应晶体管：提案、量子模拟与分析
摘要： 本文通过计算研究提出了一种新型超缩放无结石墨烯纳米带隧穿场效应晶体管（JL GNRTFET）。该量子模拟方法基于薛定谔方程的求解，采用模式空间非平衡格林函数形式体系，并与弹道极限下的泊松方程自洽耦合。所提出的纳米器件通过在辅助栅与控制栅之间设置无栅区以及采用横向渐变沟道掺杂来提升超缩放无结GNRTFET的开关性能。性能评估包括IDS-VGS转移特性、亚阈值摆幅、电流比、本征延迟和功耗延迟积。研究发现，该新型超缩放无结GNR隧穿FET相比传统器件具有更优的开关性能。该策略可应用于改进未来数字电子学中类似的超缩放无结隧穿场效应晶体管，在实现高性能的同时满足激进缩放的要求。
关键词： 无结型、石墨烯纳米带（GNR）、隧穿场效应晶体管（TFET）、开关、量子模拟、隧穿
更新于2025-09-11 14:15:04
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用不完美的量子光学近似振动光谱学
摘要： 我们研究了实验缺陷对近期提出的振动光谱量子模拟方案的影响。具体而言，我们提出了一种量化这些缺陷影响的方法，通过优化实验来应对缺陷，并将结果与经典模拟方法进行基准测试。我们以托酚酮部分振动光谱的原理验证实验模拟为例展示研究发现。这些成果将为未来设计模拟超出当前经典计算机能力的大分子光谱实验提供参考依据。
关键词： 量子光学、玻色子采样、压缩光、量子模拟、振子光谱学、量子化学
更新于2025-09-10 09:29:36
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一种自旋分辨分子气体显微镜的方法
摘要： 超冷极性分子是研究具有长程偶极相互作用的多体物理的理想平台。该领域实验已取得巨大进展，多个研究组正在研发利用电场操控分子及单原子分辨率原位检测的先进装置。此类检测技术已在光学晶格和镊子阵列中的原子上广泛应用，但尚未在超冷极性分子中实现。本文提出一种实现极性分子位点分辨显微镜的方案，并重点讨论自旋分辨分子检测技术。我们通过数值模拟晶格束缚极性分子的自旋动力学，展示了该方案在自旋扩散实验中的应用价值。
关键词： 量子气体显微镜、量子模拟、超冷分子、单分子控制、偶极自旋模型、光学晶格
更新于2025-09-09 09:28:46