Large-amplitude driving of a superconducting artificial atom: Interferometry, cooling, and amplitude spectroscopy

强驱动超导量子比特中的马赫-曾德尔干涉

Mach-Zehnder Interferometry in a Strongly Driven Superconducting Qubit

我们证明了马赫-曾德尔型干涉在超导磁通量子比特。量子比特是一个可调的人工原子，其基态和激发态呈现出避免的交叉。用谐波激励强烈驱动量子比特，每个周期将其扫过避免的交叉两次。由于诱导的朗道-齐纳跃迁充当相干分束器，跃迁之间的累积相位随微波振幅而变化，导致n=1时的量子干涉条纹。20个光子跃迁。在量子比特相空间中进行的光学马赫-曾德尔干涉术的推广提供了一种在强驱动状态下操纵和表征量子比特的替代手段。

Landau-Zener-Stuckelberg interferometry

A transition between energy levels at an avoided crossing is known as a Landau-Zener transition. When a two-level system (TLS) is subject to periodic driving with sufficiently large amplitude, a sequence of transitions occurs. The phase accumulated between transitions (commonly known as the Stuckelberg phase) may result in constructive or destructive interference. Accordingly, the physical observables of the system exhibit periodic dependence on the various system parameters. This phenomenon is often referred to as Landau-Zener-Stuckelberg (LZS) interferometry. Phenomena related to LZS interfe…

Tailoring population inversion in Landau-Zener-Stückelberg interferometry of flux qubits

We distinguish different mechanisms for population inversion in flux qubits driven by dc+ac magnetic fields. We show that for driving amplitudes such that there are Landau-Zener-Stückelberg intereferences, it is possible to have population inversion solely mediated by the environmental bath at long driving times. We study the effect of the resonant frequency $Ω_p$ of the measuring circuit, finding different regimes for the asymptotic population of the state of the flux qubit. By tailoring $Ω_p$ the degree of population inversion can be controlled. Our studies are based on realistic simulations…

机械谐振器的基态冷却

Ground state cooling of mechanical resonators

我们提出了一个应用程序的一个单一的库珀对盒（约瑟夫森量子位）的主动冷却纳米机械谐振器。最新的约瑟夫森量子比特实验表明，在特定的对称点上可以实现微秒量级的长相干时间。在这里，我们表明，这种水平的相干性足以执行量子光学中众所周知的“激光”冷却耦合到量子位的纳米机械谐振器电容的模拟。通过对量子位或谐振器施加AC驱动，具有100 MHz量级的频率和高于$10^3$的品质因数的谐振器可以被有效地冷却到它们的基态，而较低频率的谐振器可以被冷却到微开尔文温度。我们还考虑了另一种设置，其中直流电压引起的约瑟夫森振荡发挥作用的交流驱动，并表明，冷却是可能的，在这种情况下，以及。

微机械梁与传输线耦合冷却

Cooling a Micromechanical Beam by Coupling it to a Transmission Line

研究了一种利用电容耦合超导传输线冷却微机械梁振动模式的方法。传输线和梁之间的库仑力由传输线上的驱动微波和梁的位移决定。当驱动微波的频率小于传输线谐振器的频率时，库仑力可以对抗梁的速度。因此，可以冷却梁。这种机制，这可能使准备梁在其量子基态的振动，在目前的实验条件下是可行的。

超导量子比特的西西弗斯冷却和放大

Sisyphus cooling and amplification by a superconducting qubit

原子运动的激光冷却为量子光学和原子物理学领域的显著成就铺平了道路，包括玻色-爱因斯坦凝聚和光晶格中的原子捕获。最近，超导量子比特被证明可以充当人工二能级原子，显示拉比振荡，拉姆齐条纹和进一步的量子效应。将这样的量子比特耦合到谐振器，将超导电路带入了量子电动力学（电路QED）的领域。它开辟了使用超导量子位作为微冷却器或在量子位中创建粒子数反转以诱导谐振器的激光行为的前景。进一步的量子光学和超导系统之间的这些类比，我们在这里展示了西西弗斯冷却的低频LC振荡器耦合到近共振驱动的超导量子比特。在量子光学系统中，原子的机械自由度是通过激光驱动原子的电子自由度来冷却的。在这里，两个自由度的作用分别由LC电路和量子位的能级扮演。我们还展示了对应的西西弗斯冷却，即西西弗斯放大。平行的实验演示，我们从理论上分析系统，并找到定量的协议，这支持的解释，使我们能够估计系统参数。