Realization of microwave quantum circuits using hybrid superconducting-semiconducting nanowire Josephson elements
我们报告的实现量子微波电路使用混合超导半导体约瑟夫森元件组成的InAs纳米线接触NbTiN。电容分流的单个元件表现为具有电可调跃迁频率的transmon量子比特。双元件电路在零外加通量附近也表现出类似transmon的行为，但在通量量子的一半处表现为通量量子位，其中元件中的非正弦电流-相位关系产生双阱约瑟夫森势。这些混合约瑟夫森元件在需要工作在磁场中的微波超导电路中具有很好的应用前景。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multiplet supercurrent in Josephson tunneling circuits
多端约瑟夫森效应允许DC超电流在有限的相称电压下流动。现有的实现这种效应的建议依赖于超导体-正常超导体结中的非局域Andreev过程。然而，这种方法需要对微观状态进行精确控制，并且被耗散电流所掩盖。我们发现，标准隧道约瑟夫森电路也支持多重态超导介导的本地隧道过程。此外，我们观察到，即使在高充电能量制度，其中只有顺序库珀转移是允许的超电流持续存在。最后，我们证明了在这些电路中的多重态超电流具有量子几何分量，这是从众所周知的绝热贡献是不可逆的。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Transconductance quantization in a topological Josephson tunnel junction circuit
包含约瑟夫森隧道结的超导电路广泛用于基础研究以及量子信息和磁力测量等领域的应用。约瑟夫森结的量子相干性质使其特别适合于计量应用。约瑟夫森结足以形成量子精密测量三角形的两侧，将频率与电压或电流相关联，但不形成其基极，其直接将电压与电流相关联。我们提出了一个五约瑟夫森隧道结电路，其中同时泵浦磁通和电荷的结果在量子化的单位$4e^2/h = 2e/Φ_0$，库珀对电荷和磁通量子之间的比率。本文用交流约瑟夫森效应驱动的相互缠绕的库珀对泵浦来解释约瑟夫森量子化霍尔电导器件（JHD）。我们讨论的实验实施以及外部参数的最佳配置和可能的误差来源。JHD具有丰富的拓扑结构，并证明约瑟夫森隧道结是通用的，能够通过基本常数将频率，电压和电流相互关联。
2021-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Time domain analysis of dynamical switching in a Josephson junction
本文对小电容约瑟夫森结的开关特性进行了实验研究和模型电路的数值模拟。开关是一个复杂的过程，涉及到非线性电路的两个动态状态之间的转换，由约瑟夫森结的频率相关阻尼引起。我们展示了如何一个特定类型的偏置脉冲和保持，可以导致开关的快速检测，即使当结电压的测量带宽是严格限制的，和/或开关电流的水平是相当低的。
2004-06-22 cond-mat.mes-hall
Low-loss tunable metamaterials using superconducting circuits with Josephson junctions
我们报告的实验与超导材料含有约瑟夫森结。在这些结构中，传统超材料中使用的开口环谐振器被超导回路取代，超导回路被约瑟夫森结中断，所谓的rf-SQUID。与开口环谐振器一样，这些元件可以被视为耦合到磁场的LC谐振器。超导薄膜超材料的优点在于，由于约瑟夫森结的可调谐的本征电感，可以通过施加外部直流磁场来改变rf-SQUID的谐振频率。我们目前的实验结果表明，这些设备的谐振频率的可调谐性。
2013-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A ballistic graphene superconducting microwave circuit
约瑟夫森结（JJ）是微波量子线路的基本元件，如可调谐腔、量子比特和参量放大器。最近开发的封装的石墨烯JJ，具有在微米距离尺度上延伸的超电流，作为量子线路的新构建块具有令人兴奋的潜在应用。尽管如此，该技术的微波性能尚未被探索。在这里，我们展示了一个微波电路的基础上弹道石墨烯JJ嵌入在超导腔。我们直接观察到一个门可调约瑟夫森电感通过设备的谐振频率，并使用一个详细的RF模型，我们提取这个电感定量。我们还观察到器件的微波损耗，并将其转化为μeV能量尺度下结的子隙电阻，这在DC测量中是不可访问的。我们在这里观察到的微波性能表明，石墨烯约瑟夫森结是实现相干量子线路的可行平台。
2018-10-05 cond-mat.mes-hall
Braidonium: a braiding quantum circuit based on the $4π$ Josephson effect
我们提出了一个拓扑量子比特，其中编织和读出介导的$4π$马约拉纳约瑟夫森效应。braidonium装置由三个Majorana纳米线组成，它们聚在一起形成三结;为了控制三结处的超导相位差，纳米线被封闭在由常规超导体制成的环中;并且为了执行初始化/读出，其中一个纳米线通过拓扑约瑟夫森结耦合到fluxonium量子位。我们分析了如何基于通量的控制和读出协议可以用来演示编织和量子位操作的现实材料和电路参数。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Frequency Combs in a Lumped-Element Josephson-Junction Circuit
本文研究了微波驱动的约瑟夫森结电容耦合到集总元件LC振荡器的动力学特性。在约瑟夫森结可以近似为克尔振荡器的驱动机制中，这个最小的非线性系统先前已经显示出在相位和幅度上的双稳态。在本研究中，我们的特点是完整的相图，并表明，除了一个参数政权表现出双稳态，也有一个政权的自振荡，其特征在于在其频谱中的频率梳。我们讨论了梳产生的机制，这似乎是不同于那些在微腔频率梳和锁模激光器的研究。然后，我们解决的命运梳状光谱在政权的强量子涨落，达到非线性成为主导规模相对于耗散。我们发现，负责频率梳的出现的非线性也导致其失相，导致加宽和最终消失的尖锐的光谱峰。我们的研究探讨了量子涨落对在经典极限下不具有稳定不动点的量子系统的影响这一基本问题。
2018-04-11 cond-mat.mes-hall
Josephson-Kondo screening cloud in circuit quantum electrodynamics
我们表明，非本地极化响应的多模电路QED设置，设计从库珀对盒耦合到一个长链的约瑟夫森结，提供了一个替代路线访问难以捉摸的近藤屏蔽云。对于中等的电路阻抗，我们解析计算的电荷磁化率沿电路的衰减，这涉及到量子比特和它的电磁环境之间的空间纠缠的通用线型。在大的电路阻抗，我们数值上发现进一步的空间相关性是特定于一个真正的多体状态。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Statistics of radiation due to non-degenerate Josephson parametric down conversion
在称为参数下转换的过程中，当约瑟夫森频率与两个谐振频率之和匹配时，耦合到两个微波谐振器的直流偏置约瑟夫森结发射光子对。最近的实验表明，这样的设置允许分析辐射的相关性。受这些结果的启发，我们从理论上研究了非简并参量振荡器在不稳定阈值以下的全计数统计。此外，我们还分析了辐射的二阶相干性，并讨论了热效应对辐射统计的影响。我们提供的驱动强度的Cauchy-Schwarz不等式是最强烈违反的结果。此外，我们还研究了非简并共振效应的一个独特性质-模的线宽不对称性的影响。特别是，我们发现，从具有较大的线宽模式的辐射优选地采取的总失谐，而其他模式在其谐振频率发射光子。
2019-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Bloch Oscillations in a Josephson Circuit
布洛赫振荡预测发生在电流偏置的单约瑟夫森结已经逃避了直接观察到现在。在这里，我们展示了类似的布洛赫振荡在一个稍微丰富的约瑟夫森电路，量子。量子鎓是一个布洛赫晶体管，有两个串联的小结，定义了一个岛，与一个较大的结并联。在基态，器件的微波阻抗用耦合到晶体管岛的栅极电容器上的电荷周期性地调制。当电流流过该电容器时，阻抗调制在布洛赫频率处发生，这在反射的连续微波信号的频谱中产生布洛赫边带。我们测量了这个频谱，并将其与基于电路简单模型的预测进行了比较。我们讨论了这个实验的计量学和介观物理学的兴趣。
2006-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Multiplet Supercurrents in a Josephson Circuit
本文研究由两端约瑟夫森结构成的三电极-公共超导岛电路，展示了高温鲁棒且经夏皮罗台阶验证的多重态共振动态生成，还发现源于相位同步的新型超电流并提出其拓扑贡献问题。
2024-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Role of the quasi-particles in an electric circuit with Josephson junctions
虽然约瑟夫森结可以被视为超导量子技术的高度非线性阻抗，但它们也具有可能强烈影响其行为的内部动力学。在这里，我们构建了一个计算框架，其中包括一个微观描述的结（全面成熟的治疗超导冷凝物和准粒子）在周围的电路的存在。我们的方法将标准电阻电容约瑟夫森模型（RCJ）推广到任意结（包括例如，多终端几何形状和/或嵌入拓扑或磁性元件的结）和在经典水平上处理的任意电路。通过对超导凝聚体和准粒子进行同等处理，我们捕捉到了多重Andreev反射等非平衡现象。我们表明，准粒子动力学和电环境之间的相互作用导致新现象的出现。在单沟道约瑟夫森结上的RC电路中，我们发现非平衡电流-相位关系相对于平衡电流-相位关系（几乎是正弦的）发生了强烈的畸变，揭示了高次谐波交流约瑟夫森效应的存在。在一个RLC电路连接到一个结，我们发现，谐振的形状强烈修改的准粒子动力学：接近谐振，电流可以小于没有谐振器。我们的方法提供了一种途径，超导电路的定量建模。
2019-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Introduction to Quantum-limited Parametric Amplification of Quantum Signals with Josephson Circuits
这篇简短而固执己见的评论从微波频率下量子信号的概念开始，重点放在线性参量放大的原理上。放大过程是由约瑟夫森结的色散非线性引起的。我们讨论了这些放大器的两个定义特性：接收信号、闲频和泵浦波的模式的数量，以及这些波进入电路的独立端口的数量。
2016-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Ground-state characterization of Nb charge-phase Josephson qubits
我们提出的约瑟夫森电荷相位量子比特电感耦合到一个射频驱动的坦克电路，使读出的状态，通过测量约瑟夫森电感的量子比特的调查。电路包括具有60 nm和80 nm的线性尺寸的结制造从Nb三层，并允许在液氦温度下的相关样品参数的测定。所观察到的部分抑制的循环超导在4.2 K的量子统计模型的框架中解释。我们研究了20 mK下不同约瑟夫森耦合与库仑荷电能量比的量子位结构的基态性质，证明了量子位岛上的相位和电荷都是由磁控制的.
2006-02-09 cond-mat.mes-hall
Voltage-controlled synthesis of higher harmonics in hybrid Josephson junction circuits
本文测量两个串联的电压控制半导体-超导体混合约瑟夫森结，证明栅极电压可调节耦合强度比，使电流-相位关系在正弦与高度非正弦谐波间连续变化，并与串联模型吻合。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Theory of two-dimensional macroscopic quantum tunneling in a Josephson junction coupled with an LC circuit
从理论上研究了与LC电路耦合的约瑟夫森结的经典热激活（TA）和宏观量子隧穿（MQT）。TA和MQT逃逸率的分析计算，考虑到经典和量子相动力学的二维性质。我们发现，MQT逃逸率在很大程度上被抑制的LC电路的耦合。另一方面，这种耦合引起TA逃逸率的轻微降低。这些结果是相关的解释最近的实验上的晶界YBCO约瑟夫森结的MQT和TA现象。
2009-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Fock-state stabilization and emission in superconducting circuits using dc-biased Josephson junctions
我们提出并分析了一种不需要任何微波频率控制驱动器的超导微波腔中稳定Fock态的方法。相反，我们的系统利用一个由直流电压偏置的约瑟夫森结，该结耦合到主存储腔和第二辅助腔。我们的分析表明，福克态可以以极高保真度稳定。我们还展示了如何使用相同的系统来制备按需传播的Fock态，再次不使用微波脉冲。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Period-doubling-bifurcation readout for a Josephson qubit
基于外泵浦非线性谐振电路中的参量倍周期分岔，提出了一种阈值检测器及其工作原理。交流驱动的谐振电路包括一个直流电流偏置的约瑟夫森结，确保参数频率转换（倍周期分岔），由于其二次非线性。在驱动的半频处的振荡的急剧开始允许检测有效电感的小变化，并且因此允许读出耦合的约瑟夫森量子位的量子态。比较了该电路与常规约瑟夫森分岔放大器的分岔特性，并讨论了其可能的优点。
2011-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phase-charge duality in Josephson junction circuits: Role of inertia and effect of microwave irradiation
我们研究了两个不同的电路中的相干量子相位滑移的物理包含小约瑟夫森结：（i）一个单一的结嵌入在一个电感的环境和（ii）一个长链的结。从标准的约瑟夫森哈密顿量，单结电路可以使用准经典的方法进行分析，我们制定的条件下，所得到的准电荷动力学是完全对偶的通常的相位动力学与约瑟夫森隧道。对于链，我们使用的事实，它的集体行为可以用一个变量：数量$m$的量子相位滑移存在于它。我们得出的结论是，共轭准电荷的动力学再次是一个单一的约瑟夫森结的标准相位动力学的对偶。在这两种情况下，我们阐明的电感，获得确切的对偶性至关重要的作用。这些结论对微波辐照下的单结和链的行为具有深远的影响。由于这两个系统是由一个模型完全双标准的电容和电容分流结模型，我们预计出现的电流夏皮罗步骤。我们数值计算了相应的电流-电压特性在很宽的参数范围内。我们的研究结果是有趣的，鉴于目前的标准。
2009-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Testing Bell's inequality in constantly coupled Josephson circuits by effective single-qubit operations
在位间不可调的超导电路中（例如，电容）耦合，理想的局部量子操作不能精确地在各个约瑟夫森量子位上执行。在这里，我们提出了一个有效的动态解耦方法，以克服“固定相互作用”的困难，有效地实现量子计算的基本逻辑门。所提出的单量子比特操作和局部测量应该允许用一对电容耦合的约瑟夫森量子比特来测试贝尔不等式。除了光谱分析[Nature \textbf{421}，823（2003）; Science \textbf{300}，1548（2003）]之外，这提供了一种强有力的方法来验证两个固定耦合的约瑟夫森量子比特之间宏观量子纠缠的存在。
2005-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Theory of Microwave Parametric Down Conversion and Squeezing Using Circuit QED
利用腔量子电动力学理论研究了位于传输线谐振器中的超导库珀对盒（CPB）量子比特的微波参量下转换和压缩。描述三波混频的非线性极化率χ_2可以通过施加在CPB上的直流栅极电压来调节，并且在电荷简并点处由于对称性而消失。我们证明了不同腔模通过量子比特的相干耦合可以产生压缩态。根据最近几次成功的电路QED实验所获得的参数，压缩到低于真空噪声水平的95% ~ 13 dB是很容易实现的。
2005-09-22 cond-mat.mes-hall
Quantum circuits with multiterminal Josephson-Andreev junctions
该研究探究含多端Josephson-Andreev结的超导量子电路，通过单通道单能级模型分析不同构型，发现其可构建受噪声保护的量子比特，并指出规范选择对电路动力学描述的重要性。
2024-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
High Frequency Quantum Admittance and Noise Measurement with an On-chip Resonant Circuit
通过将量子探测器（超导体-绝缘体-超导体结）耦合到约瑟夫森结（\textit{via}）（谐振电路），我们探测了高频特性，即约瑟夫森结在谐振频率下的交流复导纳和电流涨落。的导纳分量显示频率相关的超导态密度的奇异性，而噪声表现出很强的频率依赖性，与理论预测一致。该电路还允许分别探测在平衡状态下超导谐振电路的量子态中的发射和吸收噪声。在低温下，谐振电路仅表现出与零点波动相关的吸收噪声，而在较高温度下，还存在发射噪声。
2012-03-01 cond-mat.mes-hall
Fractional Josephson effect versus fractional charge in superconducting-normal metal hybrid circuits
分数电荷激发在凝聚态物理中起着核心作用，并且可以通过不同的方式进行探测。如果输运通过无耗散的超电流发生，它们表现为分数约瑟夫森效应，而在耗散输运中，它们可以通过输运统计来揭示。然而，在一个政权的超导和有损电流重合，这两个运输现象之间的关系的充分理解仍然是失踪。此外，特别是对于超导电路，非整数准电荷如何与电荷量子化协调的问题仍然没有完全解决，并且在电路动力学中起着重要作用。在这里，我们的目标是统一上述概念，通过研究系统检测器动力学的Lindbladian捕获相干和耗散传输。电荷量子化在这里是Lindbladian的检测器基的守恒性质，而电荷分数化是其复值本征谱的拓扑性质。我们已经表明，传统的超导正常金属混合电路表现出各种拓扑阶段，包括一个开放量子系统版本的分数约瑟夫森效应。令人惊讶的是，准粒子，通常被认为是一个有害的副作用，在这里是一个必要的成分来观察非平凡的运输行为。
2022-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Observation of high coherence in Josephson junction qubits measured in a three-dimensional circuit QED architecture
基于约瑟夫森结的超导量子线路在展示量子行为和可扩展性方面取得了快速进展。然而，未来的前景最终取决于约瑟夫森结的内在相干性，以及超导量子比特是否能够与其环境充分隔离。我们介绍了一种新的超导量子线路结构，它采用三维谐振器，在保持与控制信号足够耦合的同时抑制量子比特的退相干。利用这种新的结构，我们证明了约瑟夫森结量子比特是高度相干的，在不使用自旋回波的情况下，从$T_2 \sim 10 μ$到$20 μ$，并且高度稳定，没有$1/f$临界电流噪声的证据。这些结果表明，这些量子位中约瑟夫森结的整体质量将允许几个$10^{-4}$的错误率，接近纠错阈值。
2011-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Autonomous Quantum Refrigerator in a Circuit-QED Architecture Based on a Josephson Junction
提出了一种在电路QED结构中实现小型量子吸收制冷机的方法。该装置由三个谐振子耦合到约瑟夫森函数。制冷机是自主的，在这个意义上，它不需要任何外部控制冷却，但只有在不同温度下的振荡器和热浴之间的热接触。此外，该设置还具有内置开关，可以打开和关闭冷却。如果定时控制是可用的，这使得相干增强冷却的可能性成为可能。最后，我们表明，显着的冷却可以实现与实验现实的参数，我们的设置应该是在目前的技术范围内。
2016-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
The superconducting clock-circuit: Improving the coherence of Josephson radiation beyond the thermodynamic uncertainty relation
针对约瑟夫森辐射相干性受约翰逊-奈奎斯特噪声限制的问题，基于经典摆钟可打破热力学不确定关系（TUR）的发现，提出以TUR违背为设计原理的超导时钟电路，实现了直流偏置下的相干交流辐射发射。
2024-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Circuit-QED with phase-biased Josephson weak links
通过将超导弱连接耦合到微波谐振器，最近的实验探测了光谱，并实现了各种系统中Andreev态的量子操纵。然而，共振器的响应变化的Andreev能级，这是费米性质的占用的定量理解，是失踪。在这里，使用Bogoliubov-德Gennes形式主义来描述的弱链接和一般配方的耦合到谐振器，我们计算的位移的谐振器频率作为一个函数的水平占有率和描述如何过渡诱导相或电场微波驱动器。我们应用这种形式主义来分析最近的实验结果，超导原子接触和半导体纳米线约瑟夫森结使用电路QED技术。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Circuit with small-capacitance high-quality Nb Josephson junctions
我们已经开发出一种纳米级隧道结的制造工艺，包括从不同方向的聚焦离子束刻蚀。将该工艺应用于Nb/（Al-）Al_2O_3/Nb三层膜，制备了Nb单电子晶体管，并在低温（T=0.04-40 K）下对单电子晶体管进行了表征。Nb SET的超导能隙能和转变温度与体相值一致，表明Nb结质量较高。单电子充电能量大于1 K。
2004-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient evaluation of decoherence rates in complex Josephson circuits
对约瑟夫森结量子比特的退相干特性进行了全面的分析。量子位是通量型的，由形成梯度计的两个大回路和一个小回路以及三个约瑟夫森结组成。计算了由两个不同的控制电路（一个耦合到小回路，一个耦合到大回路）引起的弛豫（T_1）和失相（T_∞）的贡献。我们使用一个完整的，定量的描述电感和电容的电路。包括两个杂散电容使得系统的量子力学建模为五维。我们开发了一个通用的Born-Oppenheimer近似，以减少计算中的有效维数。我们探索T_1和T_∞沿应用通量的空间中的最佳线;沿这条“S线”，我们看到显着的和迅速变化的退相干参数的贡献，主要是从电路耦合到大回路。
2005-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Theory of two-dimensional macroscopic quantum tunneling in YBa$_2$ Cu$_3$ O$_{7-δ}$ Josephson junctions coupled to an LC circuit
本文从理论上研究了YBaPDMATHABMMCuPDMATHABMNOPDMATHABMO（YBCO）约瑟夫森结与LC电路耦合的经典热激活（TA）和宏观量子隧穿（MQT）。由于结和LC电路之间的耦合，宏观相动力学可以描述为具有各向异性质量的虚拟粒子在二维势场中运动的逃逸过程。我们分析计算逃逸率，包括TA和MQT制度，考虑到系统特有的动力学性质。除了在零温度下对MQT速率的大的抑制之外，我们还研究了跨越交叉区域的逃逸速率的温度依赖性的细节。这些结果与YBCO双外延约瑟夫森结的MQT和TA速率的最新实验数据非常吻合。因此，与LC电路的耦合对于理解基于YBCO双外延约瑟夫森结的宏观量子动力学和量子比特操作是必不可少的。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Energy distribution controlled ballistic Josephson junction
本文报道了通过在横向正常沟道上施加控制电压来调谐弹道式石墨烯基约瑟夫森结中超电流的实验研究。在这种四端几何结构中，控制电压改变约瑟夫森结中Andreev态的占据，从而调节超电流的大小。作为栅极电压的函数，我们发现两个不同的制度，其特征在于由双台阶分布和热电子分布，分别。我们的工作为设计可调谐超导量子线路的高度可控约瑟夫森结提供了新的机会。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall
Two-tone spectroscopy of high-frequency quantum circuits with a Josephson emitter
本研究提出利用电压偏置约瑟夫森结产生高频辐射、辅助微波谐振器检测的双频谱方案，在transmon量子比特和λ/4谐振器上验证，实现80 GHz以上毫米波频段工作，可用于高相干量子系统探测。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Voltage-Current curves for small Josephson junction arrays
我们计算的电流-电压特性的链相同的约瑟夫森电路的特征在于由一个大的比例的约瑟夫森充电能量，设想作为实施拓扑保护的量子比特。我们表明，在小耦合到环境的限制，它表现出一个非单调的行为，最大电压其次是一个参数大的区域，其中$V\propto 1/I$。我们认为，它的实验测量提供了一个直接的探针的量子跃迁的振幅在构成约瑟夫森电路，从而使他们的充分表征。
2007-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconducting diode from flux biased Josephson junction arrays
提出了一种在约瑟夫森结磁通偏置超导电路中实现超导二极管效应的方法。到目前为止，对超导二极管效应的观察仅限于相当奇特的材料平台。在理论上，它依赖于约瑟夫森结的电流相位关系的非正弦形式。在这里，我们将展示如何在没有任何此类要求的情况下在超导电路中设计二极管效应。唯一必要的成分是标准的正弦约瑟夫森结和磁通偏置线，它们在可扩展的工业硅芯片超导设计过程中很容易获得。
2022-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Circulator function in a Josephson junction circuit and braiding of Majorana zero modes
本文提出了一种由三个约瑟夫森结和一个三结组成的超导回路中环行器功能的方案。在这项研究中，我们得到了系统的精确拉格朗日导出的有效势的基本边界条件。随后，我们表明，我们可以选择性地选择通过连接在三结，这执行循环器功能的分支电流流动的方向。此外，我们使用这个循环器功能的非阿贝尔编织的马约拉纳零模式（MZMs）。在系统的分支中，我们引入了通过三结相相互作用的MZM对。循环器功能确定三结的相位，并且因此确定MZM之间的耦合以产生编织操作。我们修改了系统，使MZM可以耦合到外部的可扩展设计中执行量子位操作。
2021-01-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Josephson photonics with a two-mode superconducting circuit
我们分析了两个电磁振荡器串联耦合到电压偏置的约瑟夫森结的量子动力学。当所施加的电压导致跨结的约瑟夫森频率与两个模式频率之和相匹配时，隧穿库珀对同时激发两个模式中的光子，导致远离平衡态。这些状态显示高度非经典的功能，包括强反聚束，违反柯西-施瓦茨不等式，和数字压缩。低和高光子occupancy的制度允许的分析结果，支持一个完整的数值处理。两种模式之间的不对称性的影响进行了探讨，揭示了一个显着的增强的数量压缩时，模式阻尼在不同的速率。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
The two Josephson junction flux qubit with large tunneling amplitude
本文讨论了在两个宏观态之间具有大隧穿振幅的约瑟夫森通量量子比特的固态纳米电子实现。后者可以通过势垒的高度和阱的形式来控制，这是由通量量子比特电路的量子态工程决定的。磁通量子比特最简单的电路是由约瑟夫森纳米级隧道结中断的超导回路。如果隧道结被ScS接触代替，则通过量子位电路的工程设计，可以实质上增加两个宏观上不同的状态之间的隧穿幅度。然而，只有约瑟夫森隧道结特别适合于大规模集成电路和具有当今技术的量子探测器。为了克服这个困难，我们考虑在这里的磁通量子比特与高水平的能量分离之间的“接地”和“激发”状态，它包括一个超导回路与两个低电容约瑟夫森隧道结串联。我们证明，对于两个宏观态之间的共振叠加的实参数的隧穿振幅可以达到大于1K的值。在半经典近似下利用瞬子技术得到的隧穿振幅的解析结果与数值解有很好的相关性。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Dual relaxation oscillations in a Josephson junction array
本研究发现一维约瑟夫森结阵列中存在与单结振荡电路对偶的弛豫振荡，通过对偶电路定量解释其动力学及偏置依赖，验证注入锁定可产生电流平台，并用热模型阐明弛豫阶跃机制。
2024-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconducting Qubits and the Physics of Josephson Junctions
在本文中，我们描述了如何非线性约瑟夫森电感是所有约瑟夫森量子比特的关键电路元件。我们讨论了三种类型的量子位电路，并展示了这些电路如何以独特的方式使用这种非线性。我们给出了一个简短的推导BCS理论，突出的外观的宏观相参数。约瑟夫森方程推导出使用标准的一阶和二阶微扰理论，描述准粒子和库珀对隧穿。然后使用准粒子束缚态理论对约瑟夫森效应进行精确计算，然后扩展该理论以将准粒子激发描述为从偏压的非绝热变化从基态到激发束缚态的跃迁。虽然准粒子电流通常只计算一个恒定的直流电压，这种方法的优点是看到，我们定性地描述准粒子隧穿与交流电压激发，适当的量子比特状态。本节描述了约瑟夫森量子比特如何典型地对准粒子阻尼不敏感，甚至到了可以从微桥结构造相位量子比特的程度。
2004-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Proximity SQUID single photon detector via temperature-to-voltage conversion
提出了一种基于超导-正常金属-超导约瑟夫森弱链超导量子干涉器件的单光子探测器。两个约瑟夫森结中的一个连接到天线，并且当光子被吸收时被加热。弱连接温度的增加指数地抑制约瑟夫森临界电流，从而诱导SQUID中的不对称性。这在SQUID上产生电压脉冲，可以用阈值检测器测量。实现与现实的参数，该设备可以被用作单光子探测器，并作为热量计，因为它是能够区分光子频率高于$5~$太赫兹与信噪比大于$20$。探测器的性能相对于工作温度在$0.1~$ K和$0.5~$ K之间以及热噪声扰动是稳健的。
2018-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Multi-Photon Resonances in Josephson Junction-Cavity Circuits
我们探讨的耗散动力学的非线性驱动的振荡器系统调谐到多个激发产生的共振。这样的系统很容易在电路QED系统中实现，该系统将约瑟夫森结与微波腔相结合，并且通过通量或电压偏置实现驱动。对于涉及3个或更多个光子的共振，随着驱动的增加，系统经历了一系列两个紧密间隔的动力学跃迁（第一个是不连续的，第二个是连续的），从而导致在相空间中形成复杂的周期性结构的稳定状态。在附近的过渡的系统显示有趣的非线性行为：我们发现，相干效应可以导致令人惊讶的振荡的重量不同的动态状态的稳定状态的系统，随着驱动器的增加。我们表明，动力学是很好地描述了一个简单的有效速率模型与本地化在相空间晶体中的不同点的状态之间的转换。动态状态的权重的振荡反映在描述状态之间的转换的时间尺度中的对应振荡中。
2020-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Structural instability of driven Josephson circuits prevented by an inductive shunt
超导电路是一个多功能的平台，可以实现大量的哈密顿算子，执行量子计算，模拟和传感任务。实现所需哈密顿量的一个关键因素是电路受到强驱动的照射。这些强大的驱动器提供了一个原位控制的耦合，这是无法获得的近平衡哈密顿。然而，如本文所示，失去平衡的系统很容易受到复杂动力学的困扰，导致不稳定。从基础和应用的角度来看，预测和预防这些不稳定性至关重要。我们提出了一个电感分流transmon的基本电路优化强参数驱动器。开发一种新的数值方法，避免了内置的扰动分析的局限性，我们证明，增加电感分流显着扩展的泵浦功率的范围内的电路表现在一个稳定的方式。
2019-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Entangled states in a Josephson charge qubit coupled to a superconducting resonator
本文研究了高Q腔中的量子超导电路的动力学行为。该电路由耦合到超导谐振器的约瑟夫森电荷量子比特组成。电荷量子比特可以看作是一个两能级量子系统，其能量分离由约瑟夫森能量$E_j$分裂。在我们的建议超导谐振器是一个光子箱的模拟和描述的量子谐振子的特征频率$ω_r$。电荷量子位和谐振器之间的耦合通过耦合电容$C_c$实现。我们研究了量子线路的本征态和动力学。当约瑟夫森能量等于振荡器频率$E_j=\hbarω_r$时，会出现有趣的现象。然后用纠缠态描述了量子线路。在电荷量子比特与谐振腔弱耦合的极限下，我们推导了这些态的时间演化。我们发现了受激电荷量子比特本征态的拉比振荡。这种效应可以用超导谐振腔中单个光子的自发发射和再吸收来解释。
2000-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson junctions, superconducting circuits, and qubit for quantum technologies
University of Salerno（萨莱诺大学）
本文系统阐述约瑟夫森效应的基本原理和约瑟夫森结的关键特性，并说明其凭借高速、低耗散等优势在超导量子比特及纳米技术中的实际应用。
2026-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum-limited Parametric Amplification with Josephson Circuits in the Regime of Pump Depletion
线性参量放大是信息处理中的一个关键运算。我们在这里感兴趣的是量子限制参量放大，$i.e.$，量子信号的放大，同时添加量子力学允许的最小量的噪声，这是必不可少的任何可行的实施量子信息处理。我们描述了基于约瑟夫森结的色散非线性的参量放大器，并以适当的音调作为泵浦源。我们讨论了这些放大器的架构中的两个定义特性：由信号，空闲和泵浦波所占据的模式的数量，以及这些波进入电路的独立端口的数量。这些放大器的散射特性也进行了审查。这项工作的主要重点是计算的动态范围和相空间分布的波动模式的放大器。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimizing Anharmonicity in Nanoscale Weak Link Josephson Junction Oscillators
约瑟夫森隧道结作为非线性元件广泛应用于低噪声放大器、量子比特等超导电路中。然而，氧化物隧道势垒中的微观缺陷可产生低频和高频噪声，这可潜在地限制谐振电路的相干时间和品质因数。弱连接约瑟夫森结是一个有吸引力的替代品，提供了足够的非线性可以设计。我们计算超导弱链接的电流相位关系，与零温度相干长度的尺寸相媲美，连接到二维和三维超导电极。我们的研究结果表明，50-100 nm长的铝纳米桥连接的三维银行可以用来构建非线性振荡器的分叉放大。我们还表明，在静态电流偏置下，这些振荡器具有足够的非谐能级结构，以形成量子比特。这样的弱连接结为实现灵敏的量子线路提供了一条实用的新途径。
2009-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Duality in the Quantum Dissipative Villain Model and application to Mesoscopic Josephson Junction Circuits
本文研究了在任意温度和任意环境谱密度下，描述约瑟夫森结（JJ）与环境耦合的搓板势（WB势）中布朗粒子模型的精确自对偶性.为此，我们引入了量子耗散恶棍模型（QDVM），该模型通过无限多个状态耦合到线性量子环境的自由度的隧穿。我们得到一般精确映射的各种对偶离散表示（一维库仑气体或表面粗糙化模型），这是完全自对偶。然后，我们展示了QDVM如何准确地映射到WB模型，并使用对偶关系来计算JJ电路的总阻抗的主导项，对于环境和任意温度的谱密度的一般频率依赖性。
1998-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Level attraction and idler resonance in a strongly driven Josephson cavity
非线性约瑟夫森电路在量子信息和技术的发展中起着至关重要的作用。在这个领域研究的典型电路包括量子比特，其非谐性远大于其线宽，以及参数放大器，其线宽为数十MHz或更大。与高- $Q$ Duffing振荡器的动力学相对应的小非谐性但也窄线宽的区域尚未使用约瑟夫森腔进行广泛探索。在这里，我们使用双音光谱研究强驱动的高$Q$约瑟夫森微波腔的磁化率。在蓝失谐驱动下，我们观察到腔极化率的变化，类似于原子物理学中的交流斯塔克效应。当施加一个强的红失谐驱动器，我们观察到一个额外的空闲模式的外观以上的分叉阈值与净外部增益。电路的强驱动导致两个例外点的出现和驱动腔准模之间的水平吸引。我们的研究结果提供了驱动非线性约瑟夫森谐振器的物理见解，并形成了一个起点，探索强驱动克尔振荡器的拓扑物理。
2021-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopy of superconducting charge qubits coupled by a Josephson inductance
我们设计并实验实现了一个电感耦合超导电荷量子比特电路，其中约瑟夫森结用作电感，量子比特之间的耦合由外加的磁通量控制。电路上的光谱测量与理论计算符合得很好。我们观察到了反交叉，它起源于量子比特和约瑟夫森结的等离子体模之间的耦合。此外，反交叉的大小取决于外部磁通量，这表明耦合的可控性。
2008-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tunable Josephson voltage source for quantum circuits
提出一种基于约瑟夫森效应的可调谐电压源，可在毫开尔文温度下输出30-160 uV电压并提供超100 nA电流，噪声仅50 pV RMS，为敏感量子器件提供低噪声电压偏置。
2025-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Towards a hybrid 3D transmon qubit with topological insulator-based Josephson junctions
该研究利用拓扑绝缘体约瑟夫森结构建混合3D transmon量子比特，通过系统表征和高质量腔体测量，探索栅极可调性与噪声鲁棒性等新功能。
2025-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Singlet-doublet transitions of a quantum dot Josephson junction detected in a transmon circuit
本研究实现了一种混合超导体-半导体transmon器件，通过栅极定义量子点控制Josephson效应，利用微波光谱探测量子点基态宇称，并解析了相边界处的准粒子动力学，为半导体基$0-π$量子比特和Andreev量子比特的实现提供了基础。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
