Electro-optomechanical equivalent circuits for quantum transduction
利用光学机械学的技术，高$Q$机械振荡器可以作为频率差异很大的电磁模式之间的链接。这种方法已成功地用于经典信号的频率转换，并具有在超导电路和行进的光信号之间执行量子态转移的潜力。这种换能器通常在线性状态下操作，其中混合系统可以使用基于Heisenberg-Langevin方程的线性响应理论来描述。虽然在数学上很容易解决，但这种方法对混合系统的动力学几乎没有直观的了解，无法帮助优化换能器。作为这样的电光机械传感器的分析和设计工具，我们介绍了一个等效电路形式主义，整个传感器是由一个电路。因此，我们将光学机械系统的转换功能集成到电气工程的工具箱中，允许使用其成熟的设计技术。这种统一的阻抗描述可以应用于静态（DC）和谐波变化（AC）驱动场，适应任意线性电路，并且不限于解析边带制度。此外，通过建立等效电路的量子化输入输出形式，利用电路分析方法得到了线性换能器的散射矩阵，从而对换能器进行了完整的量子力学表征。因此，整个换能器到电气工程语言的这种映射既揭示了换能器如何执行，同时也可以通过帮助设计合适的电路来优化其性能。
2018-06-14 physics.optics quant-ph
Non-destructive optical readout of a superconducting qubit
通过光纠缠超导量子处理器将使安全通信和分布式量子计算的新手段成为可能。然而，在这些不同的电磁波谱状态之间转换量子信号仍然是一个突出的目标，并且由于光子对超导体的有害影响，将超导量子比特与电光换能器连接起来提出了重大挑战。此外，许多远程纠缠协议在量子态的上转换之前和之后都需要多个量子比特门，因此理想的换能器应该保持量子比特的状态不变：更准确地说，来自换能器对量子比特的反作用应该是最小的。在这里，我们展示了非破坏性的光学读出的超导transmon量子比特通过连续操作的电光换能器。在这项工作中使用的换能器和电路QED系统的模块化性质，使量子位从光子的完全隔离，和量子位从换能器上的反作用是小于从环境中的热辐射所赋予的。换能器带宽和增加的噪声的适度改进将使我们能够利用电路QED中可用的全套工具来演示从超导量子比特到光域的非经典信号的转导。
2021-10-18 quant-ph
Cavity electro-optics in thin-film lithium niobate for efficient microwave-to-optical transduction
通过微波-光量子换能器将超导量子器件连接到光纤可以实现大规模量子网络。对于这种应用，基于Pockels电光（EO）效应的换能器具有直接转换机制、高带宽和低噪声操作的潜力。然而，先前展示的EO换能器需要大的光泵浦功率来克服弱EO耦合并达到高效率。在这里，我们创建了一个EO传感器的薄膜锂的钛酸盐，利用低光损耗和强EO耦合在这个平台。我们证明了高达$2.7\times10^{-5}$的转导效率和$1.9\times10^{-6}/\mathrm{μW}$的泵浦功率归一化效率。通过进一步减少微波谐振器与声学模式的压电耦合，将光学谐振器的品质因数增加到先前证明的水平，以及改变电极几何形状以增强EO耦合，可以提高换能效率。我们期望随着进一步的发展，薄膜锂酸盐中的EO换能器可以在较低的光泵浦功率下实现接近1的效率。
2020-05-12 physics.optics quant-ph
Quantum limit in resonant vacuum tunneling transducers
我们提出了一种机电换能器的共振隧穿配置的基础上，相对于标准的隧穿换能器，允许更大的隧穿电流，同时使用相同的偏置电压。增加的电流导致散粒噪声的增加和动量噪声的增加，这决定了被监测系统中的量子极限。在4.2 K的微机械质量的实验可以显示在布朗噪声的动量噪声的主导地位，允许观察在介观尺度的量子力学噪声。
2010-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
A two-dimensional piezo-optomechanical transducer
Stanford University（斯坦福大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出基于能带结构工程的二维压电光力换能器设计，实现了低噪声、双向换能及量子基态附近的声子-光子对产生，为超导量子比特的远距离纠缠提供了关键进展。
2026-07-30 quant-ph
Light-Induced Microwave Noise in Superconducting Microwave-Optical Transducers
该研究探究了超导微波-光学换能器中光致微波噪声的来源与机制，揭示了三种不同时间常数的噪声，并提出缓解策略，助力实现量子换能。
2023-11-14 quant-ph
Figures of merit for quantum transducers
最近的技术进步引发了对同时耦合到电磁波谱的不同部分的物理系统的新的兴趣，从而使得能够在单光子水平上在非常不同的频率之间进行信号转导。这样的混合系统已经证明了经典信号的频率转换并且具有实现量子态转移的潜力，超导电路和传播的光信号之间的联系本文介绍了一种简单的方法，量子换能器的性能的理论表征。鉴于在实践中，人们不能达到理想的一对一的量子转换，我们探讨如何以及换能器执行的情况下，从经典的信号检测到应用程序的量子信息处理。虽然换能器的性能取决于它进入的特定应用，我们表明，性能可以通过定义两个简单的参数来表征：信号传输效率$η$和增加的噪声$N$。
2017-12-09 quant-ph
High-throughput bidirectional electro-optic transduction assessed with a practical quantum capacity
JILA, National Institute of Standards and Technology and the University of Colorado（JILA，美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学）；Department of Physics, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
本研究通过高吞吐量的膜基光-电-机械转换器，实现了接近超导量子比特衰减率的双向电光转换能力，展示了在下转换中前所未有的性能提升。
2026-10-12 quant-ph
Entanglement Thresholds of Doubly-Parametric Quantum Transducers
双参数量子换能器，如电光机械器件，正迅速接近量子操作，因为退相干机制，如热噪声，损耗和有限的协同性得到改善。这些器件显示出作为量子信息之间的关键链接的潜力，这些量子信息包含在与光学和微波域中的频率不同的频率中，从而实现超导量子计算机的长距离联网等应用。然而，实现量子操作所必需的换能器的操作参数的要求还有待表征。在这项工作中，我们找到简单，明确的表达式的必要条件和充分条件下，双参量换能器在解析边带，稳态极限能够纠缠光学和微波模式。我们的分析将换能器作为一个双模玻色子高斯通道能够分束器型和双模挤压型之间的相互作用的光学和微波模式。对于分束器型的相互作用，我们发现参数阈值区分区域的通道的可分性，绑定纠缠的能力，和容量可扩展的纠缠。相比之下，双模压缩型相互作用总是产生可压缩的纠缠，对温度、协同性或损耗没有限制。最后，我们找到了减少的单模上转换和下转换通道的纠缠破坏条件，通过初始化未使用的输入真空，而忽略未使用的输出。分束器型和双模挤压型相互作用的纠缠阈值之间的这些差异是构建集成多个换能器的更大量子网络时的重要考虑因素。
2021-10-19 quant-ph
Cryogenic microwave-to-optical conversion using a triply-resonant lithium niobate on sapphire transducer
量子网络可能会对我们未来的计算和通信方式产生深远的影响。为了将超导量子处理器在更远的距离上连接在一起，我们需要能够在微波和光域之间产生高保真纠缠的换能器。我们提出了一个集成的电光换能器，它结合了低损耗的锂钛酸盐光子与超导微波谐振器的蓝宝石衬底上。我们的三倍频谐振器件在稀释制冷机中工作，并将微波光子转换为光子，片上效率为$6.6\times 10^{-6}$，转换带宽为20 MHz。我们讨论了在这种设备的设计权衡，包括管理声学损失的策略，并概述了未来提高转换效率的方法。
2020-05-02 physics.optics quant-ph
Optically Distributing Remote Two-node Microwave Entanglement using Doubly Parametric Quantum Transducers
双参数量子换能器（DPT），如电光机械器件，显示出作为光域和微波域之间的量子互连的前景，从而实现超导量子比特系统之间的长距离量子网络。然而，任何换能器都不可避免地会引入损耗和噪声，这将降低量子网络的性能。我们探讨如何DPT可以用来构建一个网络，能够通过比较14个不同的网络拓扑结构的光链路分发远程双模微波纠缠。我们分析的14种拓扑结构由不同的换能器操作，纠缠资源和纠缠交换测量的组合组成。对于每一种拓扑结构，我们推导出一个必要的和充分的分析阈值DPT参数，必须超过，以分发微波-微波纠缠。我们发现，阈值依赖于给定的网络拓扑结构，以及可用的纠缠资源和测量能力。在与实际网络相关的高光损耗极限下，我们发现光双模压缩真空态的每一半的下转换是最鲁棒的拓扑结构。最后，我们数值评估微波-微波纠缠产生的每个拓扑结构使用目前可实现的值DPT参数，纠缠资源，和交换测量，发现令人鼓舞的结果，几个拓扑结构是在目前的实验能力范围内。
2022-11-17 quant-ph
Control design for inhomogeneous broadening compensation in single-photon transducers
利用单光子在微波频率和光频率之间的转换器，可以实现远距离超导量子计算机之间的光纤量子通信。一个有前途的可扩展的方法来构建这样的换能器是使用量子发射器的合奏同时与电磁场在光和微波频率相互作用。然而，发射器的跃迁频率的不均匀加宽可能对这种集体作用有害。在这篇文章中，我们利用基于梯度的优化策略来设计驱动换能系统的激光场的时间形状，以减轻不均匀加宽的影响。我们研究了在不同的单发射器协同制度的非均匀加宽的函数的转导效率的改善，并将其与恢复超辐射效应的发射器合奏。此外，为了评估我们的脉冲设计的最优性，我们提供了可验证的界限的设计问题，并将它们与所实现的性能进行比较。
2021-06-22 physics.optics quant-ph
Highly-linear flux-to-voltage transducer based on superconducting quantum interference proximity transistors
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（NEST，意大利国家研究委员会纳米科学研究所和比萨高等师范学院）
本研究提出了一种基于超导量子干涉近邻晶体管的高线性磁通-电压转换器，通过双环架构与差分读出实现高动态范围和低功耗，适用于高密度低温量子电子学。
2026-02-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Scalable microwave-to-optical transducers at single photon level with spins
本文利用掺镱YVO4晶体的强二阶非线性，实现了无腔的片上微波-光转换器，达到百分级效率和低噪声，并演示双转换器光子干涉，展示可扩展性。
2024-07-11 quant-ph
Design of a release-free piezo-optomechanical quantum transducer
针对悬浮式压电光机械换能器热锚定差及噪声-效率权衡问题，提出一种基于蓝宝石上硅的无释放型换能器设计，利用高波矢机械模式提升热锚定与相干性，并适用于低功率声光系统。
2024-08-27 physics.optics quant-ph
Opto-mechanical transducers for long-distance quantum communication
我们描述了一个新的方案，相互转换的静态和光子量子比特的基础上间接量子比特光相互作用的机械谐振器。这种方法不依赖于量子位的特定光学响应，从而使光学量子接口能够用于各种基于固态自旋和电荷的系统。本文讨论了大规模网络中远程节点间量子态传输协议的实现，并分析了主要噪声源对量子态传输性能的影响。对于电子自旋量子比特和超导电荷量子比特的具体例子，我们表明高保真量子通信协议可以在现实的实验条件下实现。
2010-11-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-speed quantum transducer with a single-photon emitter in a 2D resonator
量子换能器可以在不同的系统之间传递量子信息。微波-光子转换对于未来的量子网络将远程超导量子计算机与光纤互连是重要的。在这里，我们提出了一个高速量子换能器的基础上的单光子发射器在原子薄膜谐振器，可以耦合单个微波光子到单个光学光子。2D谐振器是独立的范德华异质结构（可以由六方氮化硼、石墨烯或其他2D材料组成），其承载量子发射器。2D谐振器的机械振动（声子）通过利用应变或斯塔克效应移动单光子发射器的光学跃迁频率来与光学光子相互作用。机械振动通过偏移包括膜的LC电路的谐振频率而耦合到微波光子。由于2D谐振腔的小质量，单光子光机械耦合强度和机电耦合强度都可以达到强耦合状态。这为微波光子、声子和光子之间的高速量子态转移提供了一种方法。
2020-07-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Terahertz-Mediated Microwave-to-Optical Transduction
本文提出基于太赫兹中间频率态的两步电光转换方案，通过连续泵浦实现近统一外部效率并大幅抑制热噪声，为超导量子处理器与光学信道在MHz级比特率下的量子噪声限制接口提供可能。
2023-07-07 physics.optics quant-ph
Cavity-QED Transducer of Gravitons
University of Isfahan（伊斯法罕大学）；Université de Toulouse, OMP, IRAP（图卢兹大学，O MP，IRAP）；Kobe University（神户大学）
本文提出利用腔量子电动力学实现光子与引力子的相互作用，通过打破对称性实现非零耦合，并探讨了在经典和量子极限下的不同行为，展示了引力子探测的新方法。
2026-03-29 gr-qc quant-ph
Observation and interpretation of motional sideband asymmetry in a quantum electro-mechanical device
量子机电系统提供了一个独特的机会来探测宏观器件中的量子噪声特性，这些特性最终源于海森堡不确定原理。一个简单的例子，这是预期发生在微波参量传感器，其中机械运动产生对应于微波光子的频率转换的上下运动的边带。由于量子真空噪声，这些过程的速率预计是不相等的。我们测量耦合到射频机械模式的微波换能器中的这种基本不平衡，在运动的基态附近冷却。我们还讨论了这种不平衡的微妙起源：根据测量方案，最自然的不平衡是由于量子波动的机械模式或电磁场。
2014-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Release-free electro-optomechanical crystal modulator
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种结合硅中强光机械相互作用和铌酸锂高效压电效应的无释放电光机械转换器，实现了量子级别的电光机械耦合，为实用的微波-光接口提供了新途径。
2026-05-19 physics.optics quant-ph
A kilometer photonic link connecting superconducting circuits in two dilution refrigerators
针对超导量子处理器扩展受制冷机限制的问题，研究团队利用一对氮化铝电光转换器和1公里光纤，首次实现两台独立稀释制冷机中超导电路的相干信号传输，转换效率较商用器件提升80 dB，为可扩展超导量子网络提供关键设计指导。
2025-08-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Bidirectional microwave-optical conversion with an integrated soft-ferroelectric barium titanate transducer
本研究提出一种片上三重谐振微波-光学换能器，通过单片集成 BaTiO$_3$-on-SiO$_2$ 波导与 Nb 超导微波谐振器，实现了双向转换，总片外效率达 $1\ imes10^{-6}$，为高效低功率量子互连奠定基础。
2025-01-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Superconducting cavity electro-optics: a platform for coherent photon conversion between superconducting and photonic circuits
利用超导电路的量子信息处理能力和光量子的远距离分布能力，有望实现复杂的大规模量子网络。在这样的方案中，超导和光子电路之间的相干和有效的量子换能器是至关重要的。然而，这样的量子换能器仍然是具有挑战性的，因为在当前方案中使用中间激发引入了额外的噪声并限制了带宽。在这里，我们实现了直接和相干之间的转换超导和光子电路的基础上的三重共振电光原理，与集成器件将超导和光学腔在同一芯片上。观察到电磁感应透明，表明微波和可见光之间的相干相互作用。内转换效率为25.9 \pm 0.3%，总转换效率为2.05 \pm 0.04%.超导腔电光具有宽的转换带宽和高的可扩展性，是实现集成混合量子线路和分布式量子计算的重要一步。
2018-05-14 physics.optics quant-ph
An on-chip programmable mechano-quantum transducer
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Ningbo Institute of Northwestern Polytechnical University（西北工业大学宁波研究院）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
研究固态自旋缺陷中机械驱动与量子读出分离问题，提出片上可编程机械量子换能器，集成微机械驱动与自旋频率读出，能检测低应变，提供高体积力密度，通过框架实现电控制微机械输入到自旋频率响应的直接测量。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ground-state Pulsed Cavity Electro-optics for Microwave-to-optical Conversion
在量子微波-光学（MO）转换器的发展中，参量光学驱动器引起的过度噪声在毫开尔文温度下仍然是一个主要挑战。本文研究了在强脉冲光激励下，量子基态的电光转换器中的外来噪声。集成电光换能器利用氮化铝微环固有的普克尔斯效应，倒装芯片键合到超导谐振器。应用峰值功率超过稀释制冷机在其基础温度下的冷却功率的脉冲光学驱动器，我们观察到高效的双向MO转换，具有近基态微波热激发（$\bar{n}_\mathrm{e}=0.09\pm0.06$）。时间演化研究表明，剩余热激发主要是由超导体对芯片-光纤界面散射光的吸收所决定的。我们的研究结果为抑制强光驱动下腔电光系统中的微波噪声提供了理论依据，这是实现微波与光频之间量子态转换的重要一步。
2020-10-22 physics.app-ph quant-ph
Approaching optimal microwave-acoustic transduction on lithium niobate using SQUID arrays
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Neel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院、内尔研究所）
利用SQUID阵列实现接近最优的微波-声学转换，提升效率与带宽性能。
2025-01-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Bidirectional microwave-optical transduction based on integration of high-overtone bulk acoustic resonators and photonic circuits
提出一种将压电致动器单片集成于氮化硅光子电路的三谐振双向微波-光学转换器，在室温下实现宽带高效转换并支持纯光输入生成微波脉冲。
2023-12-13 physics.optics quant-ph
Elimination of Thermomechanical Noise in Piezoelectric Optomechanical Crystals
机械模式是量子信息应用（诸如量子级波长换能器）的潜在有用资源，这是由于它们能够与跨频谱的电磁辐射相互作用。波长传感器面临的一个重大挑战是机械模式下的热机械噪声，这会使转换信号受到热状态的污染。在本文中，我们消除热机械噪声的GHz频率机械呼吸模式的压电光机械晶体使用低温冷却稀释制冷机。我们光学测量的平均热占有率的机械模式，只有$0.7\pm0.4 ~ \mathrm{phonons}$，提供了一个低噪声微波到光转换的量子制度的路径。
2019-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Overcoming the fundamental limit of quantum transduction via intraband entanglement
针对量子转换器效率受泵浦功率和非线性耦合限制的问题，提出利用带内纠缠辅助的压缩器-耦合器-反压缩器结构，无噪声提升转换效率，突破效率-带宽乘积根本限制并显著增加量子容量。
2024-12-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Enhancing quantum transduction via long-range waveguide mediated interactions between quantum emitters
电磁信号在不同频率尺度之间的有效转换是现代通信技术以及新兴的量子信息处理领域的重要组成部分。波导光子学的最新进展使得光-物质耦合的突破成为可能，其中单独的二能级发射器与单独的光子强耦合。在这里，我们提出了一个方案，利用这种耦合，以提高性能的换能器之间的低频信号和光场在单个光子的水平上运行。具体来说，我们演示了如何设计波导中量子点之间的相互作用，以实现耦合到量子点的电场的有效转导。由于固态平台的可扩展性和可集成性，我们的传感器可能成为量子互联网节点的关键构建块。为了证明这一点，我们展示了它如何被用作可见光子和像超导量子比特这样的二能级系统之间的相干量子接口。
2019-08-15 quant-ph
Nano-Opto-Electro-Mechanical Systems
一种新的混合系统，耦合纳米器件中的光学，电学和机械自由度，正在世界各地的实验室开发中。这些纳米光电机械系统（NOEMS）提供了前所未有的机会，以高速和低功耗动态控制纳米光子结构中的光流动。利用腔光学力学的概念和技术进步，它们还具有在经典和量子领域中在微波和光信号之间实现高效、低噪声换能器的潜力。这篇进展文章讨论了NOEMS的基本物理限制，审查了其实施的最新进展，并提出了该领域进一步发展的潜在途径。
2018-02-15 physics.optics quant-ph
Stable, bidirectional electro-optic transduction in thin film lithium tantalate
Miraex SA（Miraex公司）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本研究首次在薄膜钽酸锂平台上实现集成电光微波-光学转换器，利用晶圆级深紫外光刻制造超导微波谐振器与可调光子分子光学谐振器，实现双向相干转换，效率与耦合率与理论一致，并展示静态偏置下的多天连续稳定运行。
2026-06-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Analog of Electromagnetically Induced Transparency Effect for Two Nano/Micro-mechanical Resonators Coupled With Spin Ensemble
我们研究了一个耦合到自旋系综的混合纳米机械系统作为量子模拟器，以促进量子干涉效应，电磁诱导透明（EIT）。该系统由两个纳米机械谐振器（NAMR），其中每一个耦合到一个核自旋系综。它可以被视为NAMR阵列耦合到自旋系综的量子网络中的关键元件。在这里，核自旋系综作为一个长寿命的换能器来存储和传输NAMR的量子信息。该系统模拟了探针微波场驱动下的EIT效应。在低激发近似下，在大$N$（原子核数）极限下，由于自旋系综与两个NAMR的相互作用被简化为三个谐振子的耦合，出现了双EIT现象.此外，在两个吸收窗口中，群速度降低。
2011-01-11 quant-ph
A frequency-agile microwave-optical interface for superconducting qubits
Yale University（耶鲁大学）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
本文提出了一种频率可调的微波-光接口，通过级联电光转换器与多模频率转换器，实现了超导量子比特的高效光学读取，解决了异构设备频率偏移问题。
2026-02-27 quant-ph
Quantum-memory-assisted on-demand microwave-optical transduction
Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control (Ministry of Education), Guangdong Basic Research Center of Excellence for Structure and Fundamental Interactions of Matter, and School of Physics, South China Normal University（华南师范大学物理学院原子与亚原子结构及量子控制教育部重点实验室、广东省物质结构与基本相互作用卓越基础研究中心）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Engineering and Quantum Materials, Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter, and Frontier Research Institute for Physics, South China Normal University（华南师范大学前沿物理研究院量子工程与量子材料广东省重点实验室、粤港澳量子物质联合实验室）；Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area（粤港澳大湾区量子科学中心）；GPETR Center for Quantum Precision Measurement, South China Normal University（华南师范大学GPETR量子精密测量中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）
研究基于里德堡原子系综的按需微波-光量子换能器，利用级联电磁诱导透明技术，实现微波光子存储与光光子转换，在无腔条件下取得高存储效率、带宽等，推动实用按需量子接口发展。
2026-07-13 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Microwave-to-optical conversion using lithium niobate thin-film acoustic resonators
我们展示了高达4.5 GHz频率的微波转换为1500 nm波长的光使用悬浮薄膜锂的光机械相互作用。我们的方法利用一个叉指换能器，驱动一个独立的100 $μ$米长的薄膜声谐振器调制光在马赫-曾德尔干涉仪或跑道腔。由于换能器提供的强微波-声耦合与强光弹、压电和电光效应相结合，我们分别实现了马赫-曾德尔干涉仪和跑道谐振器的$V_π$ = 4.6 V和$V_π$ = 0.77 V的半波电压。声光跑道腔具有1.1kHz的光机械单光子耦合强度。我们的集成纳米光子平台一致地利用锂的引人注目的特性来实现微波到光学的转换。为了突出我们的系统的多功能性，我们还展示了一个无损的微波光子链路，这是指通过光信道的0 dB微波功率传输。
2019-07-11 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Epitaxial bulk acoustic wave resonators as highly coherent multi-phonon sources for quantum acoustodynamics
固态量子声动力学（QAD）系统通过将声学声子源与超导或自旋量子比特耦合，为量子信息存储和处理提供了紧凑的平台。多模复合高泛音体声波谐振器（HBAR）是一种非常适合于QAD的声子源。然而，从缺陷，晶界，和界面/表面粗糙度的复合换能器中的散射严重限制了声子弛豫时间的沉积设备。在这里，我们生长的外延HBAR，由金属氮化铌底部电极和压电GAN膜上的SiC衬底。声阻抗匹配epi-HBAR从换能器到声子腔的功率注入效率> 99%。光滑的界面和低缺陷密度减少了声子损耗，产生的fxQ产物和声子寿命分别高达1.36 x 10^17 Hz和500微秒。GAN/NbN/SiC epi-HBAR是一种电致动的多模声子源，可以直接与基于NbN的超导量子比特或基于SiC的自旋量子比特连接。
2020-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quartz-superconductor quantum electromechanical system
我们提出并分析了一个量子机电系统组成的单片石英体声波（BAW）振荡器耦合到超导transmon量子比特通过中间LC电路。单块石英振荡器提供了前所未有的高有效质量和品质因数的研究在量子制度的机械振荡器。通过与LC电路的谐振压电耦合来对此类机械模式进行基态冷却，该电路本身通过与transmon量子位的耦合进行边带冷却，这被证明是可行的。量子位的荧光光谱，包含运动边带的贡献，由于耦合到振荡器模式，获得和机电稳态的印记上的光谱被确定。这允许量子位既用作机械振荡器的冷却资源，又用作机械振荡器的换能器。所描述的结果是相关的任何混合量子系统组成的量子位耦合到两个（耦合或非耦合）热振荡器模式。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low Noise Opto-Electro-Mechanical Modulator for RF-to-Optical Transduction in Quantum Communications
本研究提出一种用于量子通信射频-光转换的低噪声光电机械调制器，通过超相干纳米膜谐振器与微加工读出的射频电路耦合实现，测得室温下Q因子超10⁶，其氮化钛层可超导化以开发高效量子转换器。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Optically Detected Cross-Relaxation Spectroscopy of Electron Spins in Diamond
磁共振（MR）光谱学在逐渐变小的长度尺度上的应用最终可能允许在材料和生物复合物的表面对自旋进行“化学成像”。特别地，金刚石中的带负电荷的氮空位（NV-）中心已被利用作为用于纳米级核磁共振的光学换能器。然而，检测到的自旋的光谱通常通过它们与邻近的顺磁NV-中心通过相干和非相干机制的相互作用而加宽。在这里，我们展示了一种检测技术，可以解决电子自旋耦合到NV-中心，即取代氮（NS）和中性氮空位（NV 0）中心的金刚石，通过光学检测交叉弛豫光谱。这些自旋的超精细光谱是一个独特的化学标识符，这表明，结合最近的结果，在钻石窝藏浅NV-植入物的可能性，可以类似地检测到的钻石外部的自旋的光谱。
2013-12-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Efficient microwave frequency conversion mediated by the vibrational motion of a silicon nitride nanobeam oscillator
微机电系统和集成光子学为现代通信系统中的许多可靠和紧凑的电路元件提供了基础。电光机械器件是目前实现新兴量子信息技术的超灵敏、低损耗换能器的主要方法之一。在这里，我们提出了一个片上微波频率转换器的基础上，平面铝氮化硅平台，是兼容的槽模耦合光子晶体腔。我们显示了两个传播微波模式之间的有效频率转换介导的辐射压力与金属化介电纳米束振荡器的相互作用。我们实现了双向相干转换，总器件效率高达~ 60%，动态范围为$2\times10^9$光子/秒，瞬时带宽高达1.7 kHz。如果进一步降低当前$\sim14$光子$\ \cdot\ $ s $^{-1}\ \cdot\ $ Hz $^{-1}$的驱动相关输出噪声，则高保真度量子态转移将是可能的。这种基于氮化硅的换能器是原位可重构的，并且可以用于片上经典和量子信号路由和滤波，用于微波和混合微波-光学应用。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
