Stepwise fabrication and optimization of coplanar waveguide resonator hybrid devices
本文通过逐步制备和低温测试两个超导共面波导谐振器，结合数值建模，研究了制备工艺与几何修改对GHz传输特性的影响，为碳纳米管微波光力学实验中的器件优化提供了依据。
2023-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Nanometric constrictions in superconducting coplanar waveguide resonators
我们报告了具有纳米尺度收缩的超导共面波导谐振器的设计、制造和表征。通过将中心线的尺寸减小到50 nm，射频电流被集中，并且其附近的磁场增加。该装置的特性仅略有修改的收缩，与谐振频率的变化低于1%和内部品质因数的相同数量级的原始的。这些器件可以实现对小磁性样品甚至单分子自旋的更高耦合，并在电路量子电动力学，量子计算和电子顺磁共振中具有应用。
2014-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting coplanar waveguide resonators for low temperature pulsed electron spin resonance spectroscopy
讨论了用于脉冲ESR实验的薄膜超导共面波导微谐振器的设计与实现.与P掺杂Si外延层样品的谐振器的性能相比，波导谐振器在等效条件下。即使对于小尺寸样品也可实现的高填充因子和相对高的Q因子导致优于常规波导谐振器的灵敏度，特别是对于靠近样品表面的自旋。峰值微波功率在几微瓦的量级，这与超低温下的测量兼容。我们还讨论了微波磁场的非均匀性对Hahn回波功率依赖性的影响。
2012-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Magnetic field resilient high kinetic inductance superconducting niobium nitride coplanar waveguide resonators
我们表征了氮化铌（NbN）$λ/2$共面波导谐振器，这是从一个10 nm厚的薄膜上溅射沉积二氧化硅制备。对于在120°C下生长的薄膜，我们报告了与1 k $Ω$的正常平方电阻相关的超导临界温度为7.4K，导致动力学电感为192 pH/ $\Box$。我们制作的谐振腔的特性阻抗高达4.1k $Ω$和内部品质因数$Q_\mathrm{i} > 10^4$在单光子制度在零磁场。此外，在多光子区中，在6 T面内磁场以及300 mT面外磁场中，使用$Q_\mathrm{i} > 10^4$的谐振器呈现高磁场弹性。这些发现使得这种谐振器成为cQED实验的一个令人信服的选择，该实验涉及在有限磁场中操作的具有小电偶极矩的量子系统。
2021-02-09 cond-mat.mes-hall
Experimental demonstrations of high-Q superconducting coplanar waveguide resonators
设计并成功制作了一种吸收型超导共面波导谐振器。谐振器是由铌膜（约160 nm厚）的高阻硅基板上，每个谐振器被制作为曲折的四分之一波长传输线（一端短路接地，另一端电容耦合到通过馈线）。利用矢量网络分析仪，我们测量了在超低温下（例如，在20 mK下），并发现它们的负载品质因数显著高，即，到10^6。随着温度从基础温度缓慢增加（即，20 mK）时，我们观察到谐振器的谐振频率发生了蓝移，品质因数略有降低。原则上，这种类型的CPW器件可以将一系列谐振器与公共馈线集成在一起，使其成为用于耦合远程固态量子比特的数据总线或单光子灵敏探测器的有希望的候选者。
2013-04-11 cond-mat.mes-hall
Surface loss simulations of superconducting coplanar waveguide resonators
超导平面谐振器中的损耗目前被认为主要来自表面氧化物耗散，由于实验损耗随材料的选择而变化。我们的模型和模拟的谐振器中的接口表面的损失的大小，并调查功率，谐振器的几何形状和尺寸的依赖性。令人惊讶的是，占主导地位的表面损失被发现从金属基板和基板-空气界面。这一结果将有助于指导器件优化，即使是传统的材料。
2011-07-23 cond-mat.mes-hall
Photon-induced thermal effects in superconducting coplanar waveguide resonators
实验研究了超导铌谐振腔的光学响应。结果发现，随着辐射功率的增加，谐振频率在500 mK以下单调增加，在1 K以上单调减小，在700 mK附近表现出非单调行为。这些观察结果表明，一个可以在三个温度制度，这取决于是否两级系统（TLS）的影响或动力学电感效应占主导地位的辐照谐振器。此外，我们发现，在超低温下的光学响应可以定性地被视为一个光子诱导的热效应的TLS，这可以用来实现热敏光子探测。
2013-10-05 cond-mat.mes-hall
Helium surface fluctuations investigated with superconducting coplanar waveguide resonator
最近的实验上的平面内运动状态的电子漂浮在液氦的表面上的微波谐振器的耦合，揭示了氦表面波动的重要性，这种运动的相干性。在这里，我们调查这些表面波动通过研究超导共面波导（CPW）谐振器充满超流氦的谐振特性，其中谐振器的电磁模式体积的一个重要部分耦合到液体的表面动力学。我们提出了初步的结果，实时CPW谐振器的频率偏移驱动的氦波动，这是量化的，通过其功率谱密度和使用商业加速度计的测量结果进行比较。我们发现，一个相当大的贡献CPW谐振器的噪声来源于氦表面的机械振动所产生的脉冲管（PT）制冷机上的低温恒温器上的实验进行。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimization of Coplanar Waveguide Resonators for ESR Studies on Metals
本文对高导电金属样品附近共面波导谐振器的电磁微波场进行了模拟和解析计算。CPW结构的设计目的是研究金属重费米子系统中的电子自旋共振（ESR），特别是YbRh $_2$ Si $_2$，接近量子临界点。利用CPW谐振器进行ESR实验，可以在mK温度和广泛的自由选择频率范围内进行研究。因此，它是非常感兴趣的，以评估附近的金属样品的共振共面波导结构的性能。在这里，我们研究的微波场在样品表面的波导结构的样品距离的函数和分析的影响的样品上的谐振器的性能。模拟结果揭示了一个最佳的样品距离的微波磁场在样品中最大化，因此最适合ESR研究。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic field resilient superconducting coplanar waveguide resonators for hybrid cQED experiments
可在强磁场中工作的超导共面波导谐振器是各种高频超导器件的重要工具。磁场通过产生导致电阻损耗和频率波动的Abrikosov涡旋或完全抑制超导性来降低谐振器性能。为了减轻这些影响，我们研究光刻定义的人造缺陷的NbTiN超导薄膜制成的谐振器。我们表明，通过控制涡旋动力学的谐振器在垂直磁场的品质因数可以大大提高。再加上设备的几何形状的限制，以提高超导体的临界场，我们证明了稳定的共振，保持品质因数$\simeq 10^5$在单光子功率水平在垂直磁场高达$B_\perp \simeq$ 20 mT和平行磁场高达$B_\parallel \simeq$ 6 T。我们通过将InSb纳米线集成到场弹性超导谐振器中，证明了这种技术在混合系统中的有效性，并利用它在$B_\parallel =$ 1 T下实现了门定义双量子点的快速电荷读出。
2018-09-11 cond-mat.mes-hall
Spin pumping driven by magnon-polaritons in a ferromagnet-coplanar superconducting resonator hybrid system
该研究在1.4 K的铁磁体–共面超导谐振器杂化系统中，利用逆自旋霍尔效应电学探测磁振子–光子强耦合驱动的自旋泵浦，并揭示耦合强度随微波功率增强而降低及超导谐振器的阈值非线性。
2025-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Inductively coupled superconducting half wavelength resonators as persistent current traps for ultracold atoms
在实验实现由超导电路和原子系综组成的混合量子系统中，一个关键点是使两个伙伴足够接近，以便建立强量子相干耦合。在这里，我们提出使用半波长超导共面波导谐振器的金属化结构作为超冷顺磁原子的持续电流陷阱。用电感耦合谐振器代替传统的电路量子电动力学中的电容耦合谐振器，利用谐振器结构本身来捕获原子，分析了短端共面波导谐振器的外品质因数，表明它可以很容易地设计成所需的量子线路.谐振器处的磁场配置通过伦敦方程的数值三维模拟来计算。提出了一种将原子系综输运到腔模磁场最大的共面谐振腔间隙中的方法。该配置允许稳定的捕获持续电流和铺平了道路，原子云和腔模式之间的强耦合，这是合作效应所需的，并给出了原子和电路量子电动力学之间的接口。
2013-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Characterizing Niobium Nitride Superconducting Microwave Coplanar Waveguide Resonator Array for Circuit Quantum Electrodynamics in Extreme Conditions
本文表征 100 nm NbN 超导共面波导谐振器阵列，结合功率、温度与面内磁场测量，验证 TLS 损耗、动力学电感频移及 240 mT 下高 Qi 性能。
2023-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Highly sensitive macro-scale diamond magnetometer operated by dynamical decoupling sequence with coplanar waveguide resonator
利用金刚石中的氮空位（NV）中心进行量子磁测量的最终灵敏度受到NV中心数量和相干时间的限制。为了实现高灵敏度的磁力计，需要在大的检测体积上进行高且均匀的功率密度的微波辐照。在这里，我们展示了一个微波谐振器，以提高微波场的功率密度和光学系统的检测体积为1.4 e-3 mm $^3$。强微波场使我们能够实现48 ns的拉比振荡，这是足够快的相位弛豫时间的NV中心。该系统与去耦脉冲序列XY 16相结合，将自旋相干时间（T2）延长至自旋回波方法的27倍。因此，我们获得了10.8 pT/Hz $^{1/2}$的交流磁场灵敏度使用动态去耦脉冲序列。
2018-05-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Reduced frequency noise in superconducting resonators
本文报道了共面波导超导谐振器中频率噪声的降低。通过从具有高电场的区域去除暴露的电介质衬底表面并通过使用NbTiN来实现7 dB的降低。在模型分析中，NbTiN的表面被发现是一个可以忽略不计的噪声源，通过与SiOx谐振器上的NbTiN的比较实验支持。这种降低是通过加宽谐振器来降低噪声的附加因素。
2010-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Characterization of a multimode coplanar waveguide parametric amplifier
我们描述了一种基于磁通可调谐四分之一波长谐振腔的新型约瑟夫森参量放大器。基本谐振频率为~1GHz，但我们使用谐振器的更高模式进行测量。片内调谐线允许放大器的磁通量泵浦。我们研究和比较简并参量放大，涉及一个单一的模式，和非简并参量放大，使用一对模式。我们表明，我们在这两种情况下达到量子限制的噪声性能，并且我们表明，在低增益的情况下，增加的噪声可以小于0.5个光子。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall
Possible hundredfold enhancement in the direct magnetic coupling of a single atomic spin to a circuit resonator
我们报告的挑战和限制直接耦合的磁场从电路谐振器的电子自旋绑定到施主电位。我们提出了一种由三层集总元件超导谐振器和注入富集$^{28}$ Si中的单个施主组成的器件。谐振器阻抗明显小于使用普遍的共面谐振器实际可实现的极限。此外，谐振器包括纳米级螺旋电感器，以将来自光子的磁场空间聚焦在注入施主的位置处。与共面传输线谐振器的磁场的估计耦合率相比，该设计保证了局部磁场的大约两个数量级的增加，从而保证了自旋到光子的耦合率$g$的增加。我们表明，通过使用铌（铝）作为谐振腔的超导体和一个单一的磷（铋）原子作为施主，$g/2π$ =0.24 MHz（0.39 MHz）的耦合率可以实现在单光子制度。对于这种混合腔量子电动力学系统，$g$中的这种增强足以进入强耦合区。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Separating hyperfine from spin-orbit interactions in organic semiconductors by multi-octave magnetic resonance using coplanar waveguide microresonators
在自旋相关的载流子复合和解离过程中，将超精细的影响与自旋-轨道相互作用分开需要在宽频率范围内的磁共振光谱。我们已经设计了紧凑和通用的共面波导谐振器的连续波电检测磁共振，并测试这些有机发光二极管。通过利用谐振器的基波和高次谐波模式，我们在单个设置中覆盖了谐振频率的近五个倍频程。与一个共同的π共轭聚合物作为活性材料的测量揭示了小的，但不可忽略的自旋-轨道相互作用的影响，这引起了随着频率的增加而扩大的磁共振谱。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superconducting atomic contacts inductively coupled to a microwave resonator
我们描述和表征的微波装置探测超导原子接触的Andreev水平。接触件是感应耦合到超导共面谐振器的超导回路的一部分。通过监测接近其谐振频率的谐振器反射系数作为通过回路的通量和第二音调的频率的函数，我们执行接触的高透射通道的两个Andreev水平之间的过渡的光谱学。结果表明，如何执行这些状态的相干操纵。
2014-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Analytical modeling of participation reduction in superconducting coplanar resonator and qubit designs through substrate trenching
一种旨在降低共面波导（CPW）和量子位中的介电损耗的策略涉及在覆盖金属化的间隙内的底层衬底中创建沟槽。由于接地层和导体金属化之间的有效介电特性的变化，可以减少这些设计中存在于表面和界面上的污染层的参与。虽然有限元方法的方法已经被应用到量化这种减少，提出了一种分析方法，可以唯一地解决几何形状拥有小到中间衬底沟槽深度。共形映射技术产生变换的CPW和量子位几何形状，而没有衬底沟槽，但不均匀的污染层厚度。通过参数化该变化，可以通过使用二维解析近似来计算表面参与，该二维解析近似适当地捕获金属化拐角和边缘附近的电场强度中的奇异性。实例展示了两个制度相对于衬底沟槽深度，捕获初始增加衬底到空气的表面参与由于沟槽侧壁和表面参与由于有效介电常数的减少的总体减少，并与实验测量相比，提取损耗正切在这个表面上。
2020-08-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Near-Field Terahertz Nanoscopy of Coplanar Microwave Resonators
超导量子线路是量子计算的主要平台之一。为了将超导量子计算推进到具有实际重要性的程度，识别和解决导致退相干的材料缺陷至关重要。在这里，我们使用太赫兹扫描近场光学显微镜（SNOM）来探测硅上湿蚀刻铝谐振器的局部介电特性和载流子浓度，硅是超导量子处理器最具特征的组件之一。使用最近开发的矢量校准技术，我们提取太赫兹介电常数从光谱接近微波馈线。拟合提取的介电常数的德鲁德模型，我们发现，在蚀刻的通道中的硅具有大于缓冲氧化物蚀刻硅的载流子浓度，我们探索后处理方法，以减少载流子浓度。我们的研究结果表明，近场太赫兹调查可以应用于定量评估和识别量子器件中潜在的损失通道。
2021-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Towards carbon nanotube growth into superconducting microwave resonator geometries
悬浮碳纳米管的原位生长有利于未扰动的电子输运谱和高Q振动模式的观察。对于复杂的结构集成，例如，对于片上超导RF元件，选择经受住化学气相沉积（CVD）工艺的化学和物理抗性材料提供了挑战。我们演示了实现的双折射共面波导谐振器，表现出明确的谐振行为，在低温下，即使在已暴露于纳米管生长条件。将CVD之前和之后的MoRe装置的性质与参考铌装置进行比较。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Coplanar cavity for strong coupling between photons and magnons in van der Waals antiferromagnet
研究了氮化铌超导共面波导谐振器在磁振子-光子耦合混合量子器件中的性能。我们发现内部品质因数~ 20000在20 mK的基础温度，在零磁场。我们发现，通过减少膜厚度低于100 nm的内部品质因数大于1000可以保持高达1 T的平行磁场和垂直磁场的~ 100 mT。我们进一步证明了微波光子在这些谐振腔中的强耦合，与范德华反铁磁体铬的磁振子，这表明这些腔作为一个很好的平台，研究磁振子光子耦合在二维磁振子为基础的混合量子系统。我们证明了强磁振子光子耦合的反铁磁体的光学和声学磁振子模式。
2021-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable resonators for quantum circuits
我们设计、制作并测量了高Q值$λ/2$共面波导微波谐振器，通过在谐振器中插入一个DC-SQUID阵列（包括1个或7个SQUID），使谐振频率随磁场变化。其可调谐范围为零场频率的30%。其品质因数高达3 $\times10^4$。我们提出了一个模型的基础上的热波动，占与磁场的品质因数的依赖性。
2007-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Two-level system loss characterization of NbTi superconducting resonators on Si/SiO2 substrates
针对低温强磁场下量子比特对低损耗超导谐振器的需求，制备了Si/SiO₂衬底上的NbTi超导共面波导谐振器，表征了其两能级系统受限品质因数的温变和光子数依赖特性，验证了其作为下一代量子电路平台的潜力。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Loss mechanisms in superconducting thin film microwave resonators
本文系统地分析了硅基铌薄膜超导共面波导微波谐振器的内部损耗。特别是，我们调查的Nb/Al界面的中心导体，这是重要的实验中，铝基约瑟夫森结集成到Nb基电路中引入的损耗。我们发现，这些接口可以是一个强大的源两级状态（TLS）的损失，当接口不位于当前节点的谐振器。除了TLS损耗之外，对于包括Al的谐振器，准粒子损耗在200 mK以上变得相关。最后，我们研究如何通过使用足够厚的基板或基板背面上具有高导电性的金属来最小化基板背面上的导电材料中的涡电流所产生的损耗。
2016-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Entangling a nanomechanical resonator and a superconducting microwave cavity
我们提出了一个方案，能够纠缠在稳态的纳米机械谐振器与驱动超导共面波导的微波腔模式。纳米机械谐振器与波导的中心导体电容耦合，并且可以在高达数十毫开尔文的温度下实现静态纠缠。
2007-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rare earth spin ensemble magnetically coupled to a superconducting resonator
工作在GHz频率范围内的超导量子处理器与光量子网络和原子量子比特的接口对于实现分布式量子信息处理以及量子通信是一项具有挑战性的任务。使用稀土离子的自旋系综提供了一个极好的机会，桥梁微波和光域在量子水平。本文研究了Y $_{2}$ SiO $_{5}$晶体中Er $^{3+}$自旋与高Q共面超导谐振腔的磁耦合。
2011-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Bifurcation, mode coupling and noise in a nonlinear multimode superconducting RF resonator
向谐波谐振器添加非线性为谐振模式的复杂动态行为（包括它们之间的耦合）提供了途径。我们提出了一种超导器件，利用约瑟夫森结的非线性引入一个可控的，可调的，非线性电感的薄膜共面波导谐振器。考虑到作为一个潜在的量子光学元件在微波制度的设备，我们创建了一个敏感的分叉放大器，然后通过模间耦合演示其他谐振模式的光谱。我们发现，该器件的灵敏度接近Dykman量子模型的两倍定量一致性，但受限于其源在芯片上的噪声。
2014-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Internal loss of superconducting resonators induced by interacting two level systems
在微波高质量超导共面波导（CPW）谐振器的一些实验中，观察到品质因数的弱功率依赖性。我们认为，这一观察意味着单色辐射不饱和的两个能级系统（TLS）位于界面氧化物表面的谐振器，并建议它们之间的相互作用的重要性。我们估计由于相互作用TLS的微波损耗，并表明TLS之间的相互作用导致其能量的漂移，导致其吸收对辐射功率的对数依赖性慢得多，与数据一致。
2012-09-08 cond-mat.mes-hall
Strongly non-linear superconducting silicon resonators
掺硼硅超导材料是一种很有前途的集成硅量子器件材料。特别是，它的低电子密度和适度的无序使其成为制造在微波频率下具有低损耗的大电感的合适候选物。在这里，我们实验研究共面波导谐振器中图案化的超导硅薄层的电动力学，针对三个关键属性：动态电感，内部损耗，以及这些量的变化与读出功率。我们报告的第一个观察到的杂质半导体的微波谐振与内部品质因数的几千。正如BCS框架中所预期的那样，超导硅在50-500 pH范围内呈现出与强无序超导体相当的大的片状动力学电感，其温度依赖性由Mattis-Barclay理论很好地描述。我们发现，虽然，一个意想不到的强非线性的复杂的表面阻抗，不能解释为非线性引起的depairing或准粒子加热。
2021-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Phononic loss in superconducting resonators on piezoelectric substrates
本文对压电基片上超导谐振器的声子损耗进行了数值和实验研究。借助有限元方法模拟，我们计算了由于机电转换成体声波和表面声波的能量损失。这设置了谐振器内部品质因数$Q_i$的上限。为了验证模拟，我们制作了四分之一波长共面波导谐振器的GaAs和测量$Q_i$作为频率，功率和温度的函数。我们观察到$Q_i$随频率的线性增加，如恒定机电耦合的模拟所预测的。此外，$Q_i$示出了弱的功率依赖性和可忽略的温度依赖性约10 $\,$ mK，排除二能级系统和非平衡准粒子作为该温度下的主要损耗源。
2019-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
DC measurement of dressed states in a coupled 100~GHz resonator system using a single quasiparticle transistor as a sensitive microwave detector
我们报告在100 GHz左右的频率范围内的微波的片上检测。为了探测的目的，我们采用了一个离散的传输通道触发的超导单电子晶体管的准粒子的光子辅助隧穿。该技术被成功地应用于观察一个由超导共面谐振器耦合到量子约瑟夫森振荡器的cQED模型系统的缀饰态的光谱。缀饰态表现为典型的共振反交叉，在我们的例子中，对应于Jaynes-Cummings耦合强度g/pi~ 10 GHz的一个很宽的频率分裂。由于在所使用的非常透明的约瑟夫森结中的高衰减率γ ~20- 40 GHz，没有实现量子位操作所需的强耦合极限g>> γ，并且谐振器中的光子数低<n>~1。值得注意的是，低布居数态的连续读出证明了探测器的高微波灵敏度。
2019-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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。
2004-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electron Spin Resonance at the Level of 10000 Spins Using Low Impedance Superconducting Resonators
我们报告的电子自旋共振（ESR）测量磷捐助者定位在200平方微米的面积低于感应线的集总元件超导谐振器。通过结合量子限制参量放大与低阻抗微波谐振器的设计，我们能够检测到约20000自旋的信噪比（SNR）为1的Single Shot。谐振器场和各个自旋之间的150 Hz耦合强度显著大于用典型共面波导谐振器设计获得的1 - 10 Hz耦合率。由于较大的耦合率，我们发现自旋弛豫主要是由辐射衰减到共振器和依赖于自旋共振器失谐，如Purcell预测。
2017-02-09 cond-mat.mes-hall
High Kinetic Inductance Superconducting Nanowire Resonators for Circuit QED in a Magnetic Field
我们提出了基于NbTiN纳米线的超导微波频率谐振器。纳米线的小横截面使涡流的产生最小化，使得谐振器对磁场有弹性。测量的内在品质因数在$6$ T平面内磁场中超过$2\times 10^5$，在$350$ mT垂直磁场中超过$3\times 10^4$。由于它们的高特性阻抗，这些谐振器预计开发的零点电压波动的一个数量级大于标准的共面波导谐振器。这些特性使得纳米线谐振器非常适合于需要与具有小电偶极矩的量子系统强耦合并需要磁场的电路QED实验，例如单量子点和双量子点中的电子。
2015-11-05 cond-mat.mes-hall
Strong coupling of magnons in a YIG sphere to photons in a planar superconducting resonator in the quantum limit
我们报告测量超导共面波导谐振器（CPWR）耦合到一个球的钇铁石榴石。非均匀CPWR场允许我们在球体中激发各种磁振子模式。模式频率和相对耦合强度与理论一致。强耦合被观察到几个模式，即使平均而言，小于一个激励存在于CPWR。方波脉冲的时间响应在模分裂频率处有振荡。这些结果表明磁振子和平面超导量子器件结合的可行性。
2017-09-14 cond-mat.mes-hall
A Cooper-Pair Box Coupled to Two Resonators: An Architecture for a Quantum Refrigerator
超导电路为实现量子制冷机提供了一个很有前途的平台。基于此，我们制作了一个门控的库珀对盒，电容耦合到两个不同频率的超导共面波导谐振器，并进行了光谱分析。我们实验证明了一个电荷量子比特到两个超导谐振器的强耦合，具有在GHz频率下对量子比特进行电压驱动的能力。我们继续讨论如何将测量设备修改为循环量子制冷机，通过用普通金属电阻器作为热浴来终止谐振器。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Planar Superconducting Resonators with Internal Quality Factors above One Million
我们描述了微波共面波导谐振器的制造和测量，其内部品质因数在高微波功率下超过1000万，在低功率下超过100万，最好的低功率结果接近200万，对应于谐振器中的~1个光子。这些品质因数是通过可控地在谐振器的铝金属化和下面的单晶蓝宝石衬底之间产生非常光滑和干净的界面来实现的。此外，我们描述了一种方法用于分析谐振器的微波响应，我们可以直接确定的内部品质因数和频率的谐振器嵌入在一个不完善的测量电路。
2012-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Stability of superconducting resonators: motional narrowing and the role of Landau-Zener driving of two-level defects
超导谐振器和量子比特的频率不稳定性导致失相和时变能量损失，并阻碍量子处理器的调谐。其主要来源是源于表面氧化物的介电噪声。需要进行彻底的噪音研究，以便对这些波动有一个全面的了解和缓解策略。在这里，我们使用一个频率锁定环跟踪三种不同的谐振器类型的谐振频率抖动-一个氮化三铝超电感器，一个铝共面波导，和一个铝腔-我们观察到惊人相似的随机电报信号波动。在低微波驱动功率下，谐振器表现出多个不稳定的频率位置，其为了增加功率而合并成一个频率，这是由于由谐振器对各个两能级系统缺陷的交感驱动引起的运动变窄。在所有这三个设备中，我们探测一个占主导地位的波动，发现其振幅饱和与驱动功率的增加，但其特征开关速率遵循准经典朗道-齐纳转换的幂律依赖。
2020-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum coherence versus quantum discord in two coupled semiconductor double-dot molecules via a transmission line resonator
研究了两个相隔一定距离并通过传输线谐振器间接耦合的半导体双点分子中的量子相干性和量子关联的动力学性质。主导耗散过程被认为是。数值结果显示了纠缠的突然死亡和量子不和谐对突然死亡的鲁棒性。此外，结果表明，在我们的模型中的退相过程可以导致复苏和衰减的相干性和不协调的纠缠的情况下，某些初始状态。通过观察不同初始状态下相干与不和谐的动力学，我们发现相干与不和谐的异同不仅与不和谐对测量集优化的依赖性有关，更重要的是与所采用的相干测度所捕获的单个量子比特的相干性有关。
2011-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent coupling of two remote magnonic resonators mediated by superconducting circuits
我们展示了微波介导的远磁振子-磁振子耦合的超导电路平台上，将芯片安装的单晶Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$（YIG）球。证明了两个YIG球的磁振子模之间存在相干能级排斥和耗散能级吸引。前者由超导谐振腔的腔光子介导，后者由共面波导的传播光子介导。我们的研究结果开辟了新的途径，探索集成的混合磁振子网络的相干信息处理的量子兼容的超导平台。
2022-01-16 cond-mat.mes-hall
Ultrastrong Magnon-Photon Coupling Achieved by Magnetic Films in Contact with Superconducting Resonators
本研究通过在超导YBCO共面谐振器上直接放置YIG薄膜，实现了磁子-光子超强耦合，耦合强度达2 GHz，协同性达5×10^4，验证了超强耦合机制。
2023-09-05 cond-mat.mes-hall
Strong magnon-photon coupling in ferromagnet-superconducting resonator thin-film devices
我们证明了在共面超导谐振器上制作的薄膜坡莫合金器件的强磁振子-光子耦合。对于30 nm厚的坡莫合金条，耦合强度为0.152 GHz，协同系数为68。耦合强度可通过旋转偏置磁场或改变坡莫合金的体积来调节。我们还观察到增强的磁振子-光子耦合的非线性制度的超导谐振器，这是介导的动态磁通涡旋的成核。我们的研究结果表明，未来的集成混合系统的量子磁和片上相干信息传输的关键一步。
2019-02-26 cond-mat.mes-hall
Coherently coupling distinct spin ensembles through a high-$T_c$ superconducting resonator
利用PyBTM有机自由基和高- $T_c$超导共面谐振腔，重新研究了多自旋系综通过腔光子耦合的问题。一个非常强的耦合，并获得多达三个自旋系综同时耦合。通过化学改变$g$因子和利用所施加的磁场的不均匀性，使系综在物理上可区分。的自旋和场模式的相干混合证明所观察到的多个anticrossing，随着输入-输出形式主义内进行的模拟，并通过适当的熵的措施量化。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Programmable Real-Time Magnon Interference in Two Remotely Coupled Magnonic Resonators
本研究通过共面超导谐振器介导两个远程耦合的钇铁石榴石球体，利用微波脉冲激发实现了可编程实时磁子干涉，展示了近乎完美的相长与相消干涉，为推进电路集成混合磁子网络的相干信息处理提供了新途径。
2023-09-08 cond-mat.mes-hall
Broadband architecture for galvanically accessible superconducting microwave resonators
在许多混合量子系统中，需要将直流控制与共面波导（CPW）微波谐振器相结合的超导电路。到目前为止，向微波谐振器施加DC电压或电流偏置的策略是通过对称点施加偏置，使得对于某些频率，偏置表现为开路。在这里，我们介绍了一个微波耦合器的超导共面波导腔在一个大的并联电容到地的形式。这种耦合器充当微波的宽带反射镜，同时提供与谐振器的中心导体的电流连接。我们证明了这种方法与两端口$λ/4$ -传输谐振器的线宽在MHz制度（$Q\sim10^3$），没有杂散谐振，并施加电压偏置高达$80$ V，而不影响谐振器的品质因数。这种谐振器耦合结构，这是简单的工程，制造和分析，可能有许多潜在的应用在实验中涉及超导混合电路。
2015-11-22 cond-mat.mes-hall
Parametric amplification by coupled flux qubits
我们报道了微波信号在由超导量子比特构成的克尔介质中的参量放大。两个相互耦合的磁通量子位嵌入超导共面波导谐振器的电流波腹中，作为非线性元件。共享的约瑟夫森结提供了量子位-谐振器耦合，导致器件的测量增益约为20 dB。我们认为，这种安排代表了一个单位细胞，可以直接扩展到一个准一维的量子超材料与一个大的可调克尔非线性。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Fast control of dissipation in a superconducting resonator
我们报告了超导共面波导谐振器耦合的电磁环境的快速调谐。也就是说，我们利用最近开发的量子电路制冷机（QCR）的实验证明，在谐振器的总阻尼率的动态可调谐性高达近两个数量级。根据该理论，它对应于内部阻尼率的变化近四个数量级。QCR的控制是完全电气化的，最短的实施操作时间在10 ns范围内。该实验构成了超导量子线路的快速主动复位。在未来，类似的方案可能被用于初始化超导量子比特。
2019-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Period-tripling subharmonic oscillations in a driven superconducting resonator
我们在超导共面波导谐振腔$k_B T \ll \hbarω$中观察到三倍周期的亚谐波振荡。谐振器由提供克尔型非线性的可调谐电感端接。我们检测到的输出场正交的频率附近的基本模式，$ω/2π\sim 5\,$ GHz，当谐振器被驱动的电流在$3ω$的振幅超过不稳定阈值。输出辐射是从基模红失谐的。我们观察到三个稳定的辐射态，具有相等的振幅和相位移动$120^\circ$。从$3ω$到$ω$的下转换通过谐振器的第二模式的谐振激发和交叉克尔效应而强烈增强。我们的实验结果是在定量协议与两个耦合模式的驱动动力学模型。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single Spin Optically Detected Magnetic Resonance with E-Band Microwave Resonators
现在，在高达240 GHz的频率范围内和高达10 T的相应磁场中进行具有电子自旋系综的磁共振。然而，单电子和核自旋的实验到目前为止仅达到几十GHz的频率范围，其中用于微波（MW）递送的现有共面波导结构与单自旋读出技术（例如，电或光读出）兼容。在这里，我们探索的频率范围高达90 GHz，分别高达$\approx 3\,$ T的磁场的单自旋磁共振结合光学自旋读出。为此，我们开发了具有光学单自旋访问的MW谐振器。在我们的例子中，矩形E波段波导保证了微波到谐振器的低损耗供应。三维腔以及共面波导谐振器通过空间和光谱限制增强MW场，MW效率为$1.36\,\mathrm{mT/\sqrt{W}}$。我们利用单个NV中心作为光学可访问自旋的宿主，并表明它们关于从较小场（<0.65 T）已知的光学自旋读出的性质保留到3 T的场。此外，我们证明了在这些条件下的单核自旋的相干控制。此外，我们的结果扩展了单个自旋磁场传感器的适用磁场范围。关于基于自旋的量子寄存器，高场导致电子和核自旋的更纯的产物基础，这有望改善自旋寿命。例如，在连续单次激发读出期间，$^{14}$ N核自旋显示第二长的纵向弛豫时间。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Couped-Qubit Tavis Cummings Scheme for Prolonging Quantum Coherence
量子比特间的相互作用可以显著提高贝尔态的量子相干性。然而，相干时间增强不是单调的，并且存在进一步增加相互作用是没有帮助的阶段。谐振器中的建议电路QED型实现的Tavis-Cummings（迪克）模型，示出了转移这个转变点取决于加载的光子的数量。这允许谐振器在某些机制中放大相干增强。这种相互作用也会引起纠缠动力学的不寻常的崩溃和复苏类型的行为。一种新的精确的开放量子系统形式--Dicke模型的准哈密顿量揭示了如何保护共振腔中的Bell态不受随机涨落二能级系统的$1/f$噪声的影响。简单的电路级的细节给出通量量子位。
2014-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atm-clus
Coupling of an erbium spin ensemble to a superconducting resonator
光子和微波光子之间的量子相干界面可以用作未来量子信息网络中的基本构建块。该界面被设想为耦合到超导谐振器的稀土离子的集合，允许光学和微波光子之间的相干传输。为此，我们已经实现了一个混合装置耦合的Er $^{3+}$掺杂Y $_2$ SiO $_5$晶体在超导共面波导腔。我们观察到的集体自旋耦合为4 MHz和自旋线宽下降到75 MHz。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Comparison of Dielectric Loss in Titanium Nitride and Aluminum Superconducting Resonators
有耗量子线是超导量子线路中退相干的重要来源。在这份报告中，我们的模型和比较的介电损耗在体和界面的氮化钛（TiN）和铝（Al）超导共面波导（CPW）谐振器。我们制造各向同性沟槽谐振器，以产生一系列的设备的几何形状，强调一个特定的介电区域的谐振器品质因数的贡献。虽然每个介电区域对TiN器件中的损耗有显著贡献，但金属-空气界面主导Al器件中的损耗。此外，我们评估了每个TiN谐振器几何结构的品质因数，具有和不具有后处理氢氟酸（HF）蚀刻，并且发现其减少了来自衬底-空气界面的损耗，从而改善了品质因数。
2020-07-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
