Entangling microscopic defects via a macroscopic quantum shuttle
在微观世界中，各种类型的纳米尺度的二能级系统，如囚禁离子、原子和光子，都可以实现多体纠缠。在从微米到毫米的宏观尺度上，最近的实验已经证实了超导约瑟夫森结电子量子线路的二分和三分纠缠。通过构建混合量子系统来弥合这些差异很大的长度尺度仍然具有挑战性。这样做可以允许在量子线路中操纵由宏观上大的距离分开的单个微观物体的纠缠。在这里，我们报告的诱导相干相互作用的两个本征二能级（TLS）之间形成的原子级缺陷在固体通过超导相位量子比特的实验演示。可调谐超导电路充当在两个微观TLS之间传递量子信息的穿梭机。我们提出了一个详细的实验和理论之间的比较，并找到了很好的协议在很宽的参数范围。然后，我们使用理论模型来研究量子系统的三个组件之间的纠缠的创建和运动。
2011-02-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting charge qubits from a microscopic many-body perspective
量子化的约瑟夫森结方程是电荷量子比特和其他隧道器件行为的基础，通常是通过经典宏观约瑟夫森关系的正则量子化推导出来的。然而，这种方法可能会忽略由于电荷量子位由连接到大超导体的有限大小的超导岛组成的事实而产生的影响。我们证明，众所周知的量子化约瑟夫森方程可以直接和简单地从微观多体哈密顿量。通过选择适当的强耦合极限，我们产生了一个高度简化的哈密顿量，但允许我们超越平均场的限制，并预测进一步的有限尺寸的条款，除了基本方程。
2007-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Observation of quantum oscillations between a Josephson phase qubit and a microscopic resonator using fast readout
我们已经检测到约瑟夫森相位量子比特和微观临界电流波动之间的相干量子振荡，通过实施一种新的状态读出技术，比以前的方法快一个数量级。振荡的周期与在量子比特的共振频率中观察到的光谱分裂一致。结果指出了超导量子比特中退相干和降低测量保真度的可能机制，并展示了在时域中测量两个量子比特相互作用的方法。
2004-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Interacting Defects Generate Stochastic Fluctuations in Superconducting Qubits
四十多年来，非晶介电材料已经被认为是二能级系统（TLS）的宿主。超导谐振器和量子比特的最新发展使得对TLS物理的详细研究成为可能。特别是，测量长时间（几天）内设备的损耗使我们能够研究由于TLS之间的相互作用而引起的随机波动。我们测量了频率可调谐平面超导量子比特的能量弛豫时间随时间和频率的变化。实验显示了各种随机模式，我们能够通过广泛的模拟来解释。在我们的模拟中使用的模型假设一个量子比特与高频TLS相互作用，而高频TLS又与热激活的低频TLS相互作用。我们的模拟结果与实验结果相吻合，表明低频TLS的密度比高频TLS的密度大三个数量级。
2021-06-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Multi-photon spectroscopy of a hybrid quantum system
我们报道了一个超导相位量子比特相干耦合到一个本征二能级缺陷的混合量子系统的多光子光谱实验。在强相互作用机制下，我们直接研究了量子位-缺陷系统的杂化态，其中量子位-缺陷耦合和驱动都不能被认为是弱微扰。这个制度是由一个理论模型，其中包括非谐波校正，多光子过程和退相干描述。我们提出了一个详细的实验和理论之间的比较，并找到了很好的协议在很宽的参数范围。
2010-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Microscopic model of critical current noise in Josephson-junction qubits: Subgap resonances and Andreev bound states
基于隧道势垒中的单个俘获中心与超导引线中的电子杂化，提出了约瑟夫森结临界电流噪声的微观模型。我们精确地计算了在无在位库仑排斥的情况下的噪声。我们的结果揭示了噪声谱，这是显着不同的，从通常的洛伦兹假设在简单的模型。我们发现噪声主要是由与Andreev束缚态对的形成相关的尖锐的子带共振所支配，从而为在约瑟夫森结量子比特中观察到的寄生二能级系统（微共振器）提供了一种可能的解释[R.W. Simmonds等人，物理修订版信函93，077003（2004）]。我们的模型的另一个含义是，每个陷阱中心将贡献一个尖锐的介电共振只在超导相，提供了一个有效的方法来验证我们的结果实验。我们推导出一个有效的量子比特与Andreev束缚态相互作用的哈密顿量，建立了现象学模型和微观参数的费米浴之间的直接联系。
2009-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Delocalised oxygen as the origin of two-level defects in Josephson junctions
超导量子比特和其他约瑟夫森结器件面临的关键问题之一是双稳态材料缺陷的退散效应。虽然存在各种唯象模型，这些缺陷的真正微观起源仍然难以捉摸。对于第一次，我们表明，这些缺陷可能会产生离域的氧化物中的氧的原子位置形成的约瑟夫森结障碍。使用微观模型，我们计算相位量子比特的实验可观察参数。这种缺陷是电荷中性的，但对所施加的电场和应变都具有非零响应。这可以解释在电荷噪声存在下观察到的二能级缺陷的长相干时间，同时仍然耦合到结电场和衬底声子。
2012-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Correlating decoherence in transmon qubits: Low frequency noise by single fluctuators
我们报告了对一个高度相干的、不可调谐的超导transmon量子比特的长期测量，揭示了相干时间和量子比特跃迁频率中的低频突发噪声。我们通过同时测量量子比特的弛豫和退相速率以及其谐振频率来实现这一点。这些参数之间的相关性的分析产生的约瑟夫森量子比特的内在退相干机制的微观起源的信息。我们的结果与少数位于超导薄膜边缘的微观二能级系统相一致，这一点通过光谱噪声分析得到了进一步的证实。
2019-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Impact of Oxygen Vacancies in Josephson Junction on Decoherence of Superconducting Qubits
College of Physics and Electronic Engineering, Center for Computational Sciences, Sichuan Normal University（四川师范大学物理电子工程学院计算科学中心）；Sichuan Province Key Laboratory of Optoelectronic Sensor Devices and Systems, College of Optoelectronic Engineering, Chengdu University of Information Technology（成都信息工程大学光电工程学院四川省光电传感器件与系统重点实验室）；Sichuan Meteorological Optoelectronic Sensor Technology and Application Engineering Research Center, Chengdu University of Information Technology（成都信息工程大学四川省气象光电传感器技术与应用工程研究中心）
研究氧空位对约瑟夫森结中超导量子比特退相干的影响，揭示其对电导率和相干时间的调控机制。
2026-03-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Electronic structure of superposition states in flux qubits
磁通量子比特，即被约瑟夫森结中断的小超导回路，是宏观变量量子相干性的成功实现。超导在这些循环进行$\sim 10^6$ - $10^{10}$电子，这已被解释为表明，这种电流状态的相干叠加宏观叠加类似于薛定谔的猫。我们提供了一个完整的微观分析这样的量子位，从宏观量子描述可以得出。这表明，对于实验上可获得的通量量子比特，参与叠加态的微观成分的数量是令人惊讶的，但不是微不足道的。这种相对较小的尺寸与两个分支中宏观观测值之间的巨大差异相结合，被认为是由于电子的费米统计以及这些系统中超流和费米速度值之间的巨大差异。
2010-04-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Model for l/f Flux Noise in SQUIDs and Qubits
本文提出了超导器件中1/f磁通噪声的模型（f为频率）。噪声是由处于缺陷态的电子的磁矩产生的，电子在逃逸之前占据缺陷态的时间分布很宽。一个被俘获的电子占据了两个Kramers简并基态中的一个，在低温下，这两个基态之间的跃迁速率可以忽略不计。结果，锁定了磁矩取向。对密度为5*10^17 m^-2的随机取向缺陷产生的噪声进行模拟，得到的1/f噪声幅度与实验结果非常吻合。
2007-05-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent Josephson qubit suitable for scalable quantum integrated circuits
我们展示了一个平面的，可调谐的超导量子比特的能量弛豫时间高达44微秒。这是通过使用设计为最小化辐射损失并减少与材料相关缺陷的耦合的几何结构来实现的。在这些水平的相干性，我们发现一个精细结构的量子比特能量寿命作为频率的函数，表明存在稀疏人口的不相干，弱耦合的两级缺陷。这是支持的模型分析以及实验的几何变化。我们的“Xmon”量子比特结合了简单的制造，简单的连接，快速的控制和长时间的一致性，为构建基于芯片的量子计算机开辟了一条可行的道路。
2013-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Revealing the Microscopic Mechanism of Elementary Vortex Pinning in Superconductors
本研究通过扫描隧道显微镜揭示超导体中点缺陷钉扎涡旋的微观机制：缺陷-涡旋相互作用形成迷你能隙并增强局域配对，从而提升临界电流。
2024-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Microscopic Examination of SRF-quality Nb Films through Local Nonlinear Microwave Response
该研究利用近场磁微波显微镜测量Nb/Cu薄膜的三次谐波响应，结合TDGL模拟，揭示HiPIMS薄膜中低Tc表面缺陷引发射频涡旋成核的普遍特征，并识别出最优沉积条件。
2024-06-28 cond-mat.supr-con
Quantum Bit Behavior of Pinned Fluxes on Volume Defects in a Superconductor
我们研究了超导体中$Δ$ H= $Δ$ B区域的磁通钉扎效应。当超导体中存在足够多的体缺陷时，在M-H曲线上形成$Δ$ H= $Δ$ B区域，即外加磁场（$Δ$ H）增加与磁感应强度（$Δ$ B）增加相同的区域。磁化强度（M）在4 $π$ M = B-H的区域内是恒定的.我们证明了在$Δ$ H= $Δ$ B区域中的磁通行为可以作为量子比特的候选。通过反复的磁通钉扎和取出脱钉过程，钉扎在体缺陷上的磁通将作为一束在该区域内从超导体的表面到中心移动。在此过程中，磁通量将以两种状态存在：在体缺陷处的磁通钉扎状态和磁通在超导体中运动的拾取脱钉状态。体缺陷处的钉扎态和体缺陷处的脱钉扎态的抗磁性质不同。因此，超导体的抗磁性质将在$Δ$ H= $Δ$ B区振荡，并在M-H曲线上观察到这种行为。通过将体积缺陷处的钉扎状态设置为$\ket{1}$并且将脱钉状态设置为$\ket{0}$，可以将振荡用于量子比特。这种方法可以在比使用约瑟夫森结更高的温度下工作。此外，预计该装置相当简单，并且退相干几乎可以忽略不计。
2022-01-16 cond-mat.supr-con physics.app-ph
