Phonon Josephson Junction with Nanomechanical Resonators
我们研究了两个耦合非线性纳米机械共振器之间的相干声子振荡和隧穿。我们发现，两个纳米机械谐振器之间的耦合创建一个有效的声子约瑟夫森结，表现出两种不同的动力学行为：约瑟夫森振荡（声子拉比振荡）和宏观自陷（声子封锁）。自陷源于机械非线性，这意味着当非线性超过其临界值时，两个谐振器之间的能量交换被抑制，并且它们之间的声子约瑟夫森振荡被完全阻断。导出了声子约瑟夫森结的有效经典哈密顿量，并在相空间中研究了其平均场动力学。最后，我们研究了由平均条纹可见度量化的声子-声子相干性，并表明两个共振器之间的相互作用可能导致声子结中相干性的损失。
2016-03-07 quant-ph
Nonlinear coupling of nano mechanical resonators to Josephson quantum circuits
我们提出了一种技术，通过调制其磁通量偏置将纳米机械谐振器的位置算子耦合到SQUID器件。通过适当地调谐磁场，可以实现线性或二次耦合，并且耦合强度可离散地调节。这提供了一种通过将纳米机械谐振器耦合到约瑟夫森量子线路来实现纳米机械谐振器中的相干非线性效应的方法。作为一个例子，我们展示了如何压缩的纳米机械谐振器状态可以实现这种技术。我们还提出了一种简单的方法来测量纳米机械谐振器的位置不确定度没有量子态层析。
2006-05-01 quant-ph
Photon-pair blockade in a Josephson-photonics circuit with two nondegenerate microwave resonators
我们提出在一个由直流电压偏置的约瑟夫森结串联一个超导电荷量子比特和两个非简并微波谐振器组成的约瑟夫森光子电路中产生光子对阻塞。两级电荷量子比特被用来创建电荷传输的双态关系，也就是说，同时发生的库珀对隧穿事件被抑制。当约瑟夫森频率与电荷量子比特和两个共振器的共振频率之和相匹配时，我们证明了两个共振器可以以两个强关联光子的反聚束对的形式释放能量.本工作提供了一种实用的方法来产生一个明亮的微波源的反聚束光子对，具有潜在的应用范围从光谱学和计量学的量子信息处理。
2022-03-29 quant-ph
Variable bandwidth, high efficiency microwave resonator for control of spin-qubits in nitrogen-vacancy centers
金刚石中的氮空位（NV）中心在传感和量子信息方面具有重要的应用价值。实现这种潜力需要有效的工具来控制自旋自由度的微波（mw）磁场。在这项工作中，我们提出了一个平面微波谐振腔优化的微波-光学双共振实验的单氮空位（NV）中心的金刚石。它由一条宽微带线对称地连接到两条50 $Ω$微带馈线组成。在谐振器的中心，一个$Ω$形状的环聚焦电流和mw磁场。它在0.07 mm $^2\times$ 0.1 mm的体积内产生相对均匀的磁场。它可以在2.9 GHz的传输和反射模式下工作，带宽分别为1000 MHz和400 MHz。高的功率-磁场转换效率允许产生持续时间为50 ns的$π$脉冲，在透射和反射中分别仅具有约200 mW和50 mW的微波功率。传输模式还提供了有效的射频激励能力。通过调节谐振器的长度，谐振频率可以在1.3 ~ 6 GHz之间进行调谐。这将是有用的NV中心在较高的外部磁场和不同类型的光学活性自旋中心的实验。
2023-02-03 quant-ph
Superconducting Qubits Coupled to Nanoelectromechanical Resonators: An Architecture for Solid-State Quantum Information Processing
我们描述了一种可扩展的固态量子信息处理架构的设计，该架构基于GHz频率纳米机械谐振器与约瑟夫森隧道结的集成，该谐振器有可能演示对量子计算至关重要的各种单量子位和多量子位操作。计算量子位是大面积电流偏置约瑟夫森结的本征态，使用选通的外部电路进行操纵和测量。这些相位量子位中的两个或更多个被电容耦合到高品质因数压电纳米机电盘谐振器，该谐振器形成了我们架构的支柱，并且能够实现量子位的相干耦合。集成系统类似于电磁腔（纳米机械谐振器）中的一个或多个少能级原子（约瑟夫森结量子比特）。然而，与现有的在电磁腔中使用原子的方法不同，这里我们可以单独调整“原子”的能级间距并控制它们的“电磁”相互作用强度。我们从理论上证明了在约瑟夫森结中制备的量子态可以传递到纳米机械谐振器并存储在那里，然后可以传递回原始结或以高保真度转移到另一个结。该谐振器还可以用来在一对约瑟夫森结之间产生最大纠缠的贝尔态。许多这样的结谐振器复合体可以组装成轴辐式布局，从而形成大规模的量子线路。我们提出的架构结合了固态和腔量子电动力学方法的理想功能，并可以使量子信息处理可能在一个可扩展的，固态的环境。
2004-09-26 quant-ph
Parametric Amplification in Kerr Nonlinear Resonators: A theoretical review of Josephson Parametric Amplifiers
本文对超导电路中用于量子极限信号放大的约瑟夫森参量放大器（JPAs）开展理论综述，推导强泵浦下的动力学方程与稳态解，线性化分析弱信号响应并得到增益表达式，数值探究增益与频率失谐、泵浦强度的关系，为该领域后续研究提供参考。
2025-07-30 quant-ph
Quantized resonator field coupled to a current-biased Josephson junction in circuit QED
利用拉格朗日方法推导了电流偏置约瑟夫森结分流的$λ$ /4谐振腔的哈密顿量。数值分析了该系统的本征态和量子动力学，表明该系统可以作为弱入射微波场的有效探测器。
2014-03-27 cond-mat.supr-con quant-ph
A Controllable Interaction between Two-Level Systems inside a Josephson Junction
在超导相位量子比特的光谱测量中，约瑟夫森结隧道势垒中的二能级系统涨落（TLS）最近被证明会引起新的能量分裂。由于它们与约瑟夫森结的强耦合和相对较长的退相干时间，TLS可以被认为是潜在的量子比特，并表现出相干的量子效应。在这里，我们研究了TLS量子比特之间的有效相互作用，介导的约瑟夫森结谐振器由外部微波源驱动。这种有效的相互作用可以实现TLS之间的受控量子逻辑门。我们的研究可以推广到其他与TLS耦合的超导谐振器。
2009-03-23 quant-ph
Single-photon detection with a Josephson junction coupled to a resonator
我们使用半经典的形式主义，以优化的微波单光子探测器的开关事件的电流偏置约瑟夫森结耦合到一个谐振器的基础上。为了检测非常罕见的事件，考虑到切换时间$τ_{\rm sw}$应该足够小，暗计数$τ_{\rm dark}$之间的平均时间应该被最大化。我们证明，这些时间可以在很宽的范围内调整，通过改变结的参数，和比例$τ_{\rm dark}/τ_{\rm sw} \sim 10^9$可以实现。因此，结谐振器的安排可以用于检测极低的光子通量，例如用于搜索银河系轴子。
2021-07-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Broadband Squeezed Microwaves and Amplification with a Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifier
电磁真空的压缩是一种基本的量子力学技术，用于减少量子噪声的应用跨越引力波探测，生物显微镜，和量子信息科学。在超导电路中，通常用于产生压缩微波的基于谐振器的约瑟夫森结参量放大器受到窄带宽和低动态范围的限制。在这项工作中，我们开发了一个双泵，宽带约瑟夫森行波参量放大器，相敏消光比为56 dB的单模压缩等同于最好的谐振器为基础的挤压。我们还展示了双模压缩在微波频率与带宽在千兆赫范围内，几乎是两个数量级宽于当代谐振器为基础的挤压。我们的放大器能够同时产生具有大频率间隔的纠缠微波光子对，具有潜在的应用，包括高保真量子比特读出，量子照明和隐形传态。
2023-02-15 quant-ph
Many Body Physics with Coupled Transmission Line Resonators
介绍了约瑟夫森结超导传输线谐振器。与约瑟夫森参量放大器、约瑟夫森分叉放大器和约瑟夫森参量转换器不同，我们考虑了少微波光子区。我们回顾了非线性传输线谐振器本征模频率和零点波动的推导以及本征模克尔非线性的推导。值得注意的是，这些非线性可以达到与量子比特相当的值，从而使该设备成为访问强相关区域的理想选择。这是特别有趣的研究量子多体动力学的相互作用粒子的驱动和耗散的影响下。我们提供的设备模式的电流分布，并调查在网络中的非线性传输线谐振器谐振器之间的耦合。
2012-08-01 cond-mat.supr-con quant-ph
High Impedance Josephson Junction Resonators in the Transmission Line Geometry
本文实验研究了嵌入传输线几何结构中的约瑟夫森结微波谐振器，发现高耦合电容使其表现为集总元件谐振器，并推导出输入输出耦合的最大值公式。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Symmetric reflection line resonator for semiconductor circuit quantum electrodynamics
我们设计并制作了一个半波长反射线谐振器（RLR），它由一对耦合在GaAs/AlGaAs异质结上的微带线组成。通过改变谐振腔下二维电子气的顶栅电压，可以获得大范围的品质因数。二维电子气中的能量损失可以被最小化，从而实现适合于与半导体量子线路集成的通用谐振器。
2013-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Josephson junction-embedded transmission-line resonators: from Kerr medium to in-line transmon
我们提供了一个通用的方法来找到一个线性电路中的非线性哈密顿。针对约瑟夫森结嵌入传输线谐振器的情况，我们通过精确地考虑约瑟夫森势的二次（即电感）部分的影响来求解系统的简正模。然后发现非线性导致自和交叉克尔效应，以及分束器类型的模式之间的相互作用。通过调整电路的参数，可以使克尔系数K相对于光子损失率κ达到弱（K < κ）、强（K > κ）甚至非常强（K >> κ）的值。在后一种情况下，谐振器+结电路对应于transmon的串联版本。通过用SQUID代替单个结，克尔系数可以原位调谐，例如允许微波光的薛定谔猫态的快速产生。最后，我们探讨了在这种情况下可以达到的量子比特-谐振器耦合的最大强度。
2012-07-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
1/f noise of Josephson-junction-embedded microwave resonators at single photon energies and millikelvin temperatures
我们提出了测量1/f频率噪声的线性和约瑟夫森结嵌入超导铝谐振器在低功率，低温制度-超导量子比特的典型工作条件。约瑟夫森结的添加不会导致额外的频率噪声，从而对于亚微米阴影蒸发结，在1 Hz处设置了分数临界电流波动的上限$10^{-8}$（Hz $^{-1/2}$）。这些值意味着超导量子位由于临界电流噪声为40 - 1400 $μ$ s的最小退相时间，这取决于量子位结构。偶尔，在50 mK以上的温度下，我们观察到激活的个别波动，显着增加噪声水平，并表现出洛伦兹谱。
2011-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
The split-ring Josephson resonator as an artificial atom
利用连续分流结模型，我们证明了一个开环约瑟夫森振荡器或射频SQUID在滞后制度是类似于一个原子系统。它有许多我们描述的定态。施加一个短的磁脉冲，我们将系统从一种状态切换到另一种状态。这些状态可以通过小振幅信号的反射来检测，从而形成新光谱学的基础。
2010-12-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Josephson Amplifier for Qubit Readout
我们报告的测量约瑟夫森放大器（J-amp）适用于量子态量子比特读出在微波域。它由两个微带谐振器相交的约瑟夫森环调制器。理论分析表明，对于6.4GHz和8.1GHz的闲频和信号，最大增益约为20 dB，带宽为9 MHz，中心频率可调谐度约为60 MHz，增益超过10 dB。最大输入功率测量的J-放大器显示出相对较好的协议与理论预测。我们讨论了如何提高放大器的特性。
2011-10-25 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Bistability in a Mesoscopic Josephson Junction Array Resonator
我们提出了一个实验研究的随机开关的约瑟夫森结阵列谐振器的谐振频率在GHz范围内。当器件处于非谐性为线宽量级的状态时，泵浦强度仅为几个光子时就会出现双稳态。我们通过连续观察两个亚稳态之间的跳跃来测量双稳态的动态，所述跳跃以从几Hz到几MHz的速率发生。开关速率强烈地依赖于泵浦强度、读出强度和温度，遵循Kramer定律。非线性和耦合之间的相互作用，在这个很少探索的制度，可以提供一个新的资源，非爆破测量，单光子开关，甚至元件的自主量子纠错。
2017-06-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Photon-induced Self Trapping and Entanglement of a Bosonic Josephson Junction Inside an Optical Resonator
研究了光子对光学谐振腔中玻色约瑟夫森结中原子的动力学和基态的影响。该系统的设计方式是通过改变腔内光子的数量来调整原子隧穿。在这种结构中，腔光子是一种新的控制手段，它既可以用来诱导自陷解，又可以用来驱动基态从原子相干态到薛定谔猫态的跃迁。这是实现的，对于合适的设置配置，与原子间的相互作用弱于在没有腔的情况下所需的。对纠缠熵的研究证实了这一点。在激光的存在下，这个量子指标达到其最大值（这标志着猫状状态的形成，并在半经典水平上，自陷的开始）的吸引力小于裸结。
2015-11-02 cond-mat.quant-gas quant-ph
Photon blockade and the quantum-to-classical transition in the driven-dissipative Josephson pendulum coupled to a resonator
本文研究了在耗散存在的情况下，耦合到谐振子的约瑟夫森摆的振荡运动和经典近自由转动之间的受驱动量子相变。我们称之为约瑟夫森-拉比模型。该模型描述了电路量子电动力学的标准设置，其中通常将transmon器件嵌入超导腔中。我们发现，通过处理系统量子力学这种转变发生在更高的驱动功率比预期从一个所有的经典治疗，这是一个后果的准周期性起源于离散的束缚态的能谱。我们计算了谐振腔中的光子数，并表明它对驱动功率的依赖是非线性的。此外，由此产生的多光子阻塞现象是敏感的截断的状态的数量在transmon，这限制了标准的Jaynes-Cummings模型的适用性作为一个近似的光子振荡器系统。我们计算了被阻塞的微波光子的n阶关联函数，并观察了行波近似与包含反旋项的完全多级Josephson-Rabi哈密顿量之间的差异。最后，我们比较了两种不同的方法耗散，即Floquet-Born-Markov和Lindblad形式主义。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancement of the optomechanical coupling and Kerr nonlinearity using the Josephson Capacitance of Cooper-pair box
我们提出了一个方案，用于增强微波和机械谐振器之间的光机械耦合高达7个数量级的电路光机械设置中的超强耦合极限。这里考虑的三方系统由一个约瑟夫森结库珀对盒，介导的微波腔和机械谐振器之间的耦合。光机械耦合可以通过调节库珀对盒的栅极电荷和磁通量偏置来修改，这又影响库珀对盒的约瑟夫森电容。我们还表明，与适当的选择的调谐参数，光机耦合消失，系统表现出纯粹的交叉克尔型腔和机械谐振器之间的非线性。这允许系统用于声子计数。
2020-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dually tunable YBCO coplanar waveguide resonators based on helium-ion-generated Josephson inductances
Universität Tübingen（蒂宾根大学）
研究利用聚焦氦离子束在高温超导YBCO薄膜中局部生成约瑟夫森电感和量子干涉仪，实现强磁通可调谐的微波谐振器，并展示独立的频率和响应度调节能力。
2026-05-28 cond-mat.supr-con quant-ph
High-Q trenched aluminum coplanar resonators with an ultrasonic edge microcutting for superconducting quantum devices
本文针对超导量子比特介电损耗问题，提出含空气桥与硅衬底刻蚀的兼容Josephson结CPW谐振器制备工艺，结合超声边缘微切削技术，使湿法刻蚀铝谐振器在高低功率下均获极高品质因数。
2023-06-28 quant-ph
Biophysical EPR Using Superconducting Resonators
High Q Technologies, Inc.（High Q 科技有限公司）；The Institute for Quantum Computing, University of Waterloo（滑铁卢大学量子计算研究所）；Department of Chemistry, University of Waterloo（滑铁卢大学化学系）
提出使用超导微带谐振器实现高灵敏度、高带宽脉冲EPR测量，通过100W固态功放实现6ns π/2高斯脉冲，自动分析5个3.5μL样品，验证了DEER距离测量低于10μM。
2026-06-24 quant-ph
Multiplexed Readout of Transmon Qubits with Josephson Bifurcation Amplifiers
实现单个量子比特的读出是可扩展超导量子处理器发展中的一个主要挑战。我们已经实现了多路复用读出的四transmon量子位电路使用非线性谐振器操作约瑟夫森分叉放大器。我们证明了拉比振荡的四个transmons的同时测量。我们发现，多路复用约瑟夫森分叉是一种高保真度的读出方法，其可扩展性是不受限制的需要一个大的带宽近量子限制放大器的情况下，与线性读出谐振器。
2014-10-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Photon-number resolution with microwave Josephson photomultipliers
本研究利用约瑟夫森光电倍增管（JPM）重复测量实现微波谐振腔光子计数，确定最优工作区间，对比两种计数技术，发现JPM弛豫是分辨率下降主因，成果可用于测试微波电磁辐射非经典特性。
2023-12-17 quant-ph
Entanglement between charge qubit states and coherent states of nanomechanical resonator generated by AC Josephson effect
我们考虑了一个纳米机电系统，该系统由一个可移动的库珀对盒量子比特组成，该量子比特受到一个静电场的作用，并通过隧穿过程耦合到两个体超导体。我们认为量子比特动力学与量子振荡器的动力学有关，并证明了如果满足一定的谐振条件，则在超导体之间施加的偏置电压会产生由量子比特态和振荡器的相干态的纠缠表示的状态。结果表明，这种纠缠的结构可以控制的偏置电压的方式，产生的纠缠，将所谓的猫态-相干态的叠加。通过分析纠缠熵和相应的Wigner函数，我们刻画了这种态的形成和发展。实验上可行的检测的效果，通过测量的平均电流也被认为是。
2021-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Direct writing of high temperature superconducting Josephson junctions using a thermal scanning probe
本文首次提出用热扫描探针在 YBCO 微带中直写弱连接制备约瑟夫森结，临界电流降低一个数量级以上，为液氮温区量子电路扩展和结性质原位调控提供了新方法。
2024-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Wave functions for high-symmetry, thin microstrip antennas and two-dimensional quantum boxes
对于一维盒子中的无自旋量子粒子或一维腔中的电磁波，相应的狄利克雷和诺依曼边界条件都导致非简并波函数。然而，在两个空间维度中，盒形天线或微带天线的对称性是文献中经常被忽视的重要特征。在圆盘、正方形或等边三角形的高对称性情况下，这两种边界条件中每一种的波函数被分成两个不同的类，它们是各自点群的一维和二维表示，即$C_{\infty v}$、$C_{4v}$和$C_{3v}$。在这里，我们提出了可视化的代表性波函数的边界条件和一维和二维表示这些点群。对于一维表示，彩色轮廓图的波函数。对于二维表示，无限退化被呈现为公共节点和/或线，其图案在相应点群的所有操作下是不变的。具有诺依曼边界条件的波函数对于高温超导体Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$中本征约瑟夫森结的相干太赫兹发射具有重要的影响：电磁腔谐振的输出功率的增强仅对于不简并的波函数是强的。
2021-08-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Sideband-resolved resonator electromechanics on the single-photon level based on a nonlinear Josephson inductance
光机械系统中的光-物质相互作用是超灵敏探测方案[1，2]以及声子和光子量子态[3-10]产生的基础。机电系统在微波范围内实现这种光机械相互作用。在这种情况下，电容耦合装置表现出高达280 Hz的相互作用速率[11]。互补的，早期的建议[12-15]和实验[16，17]表明，电感耦合方案是可调的，并有可能达到真空强耦合制度。在这里，我们遵循后一种方法，将部分悬浮超导量子干涉器件（SQUID）集成到微波谐振器中。机械位移转化为SQUID回路中的时变通量，从而提供电感机电耦合。我们展示了一个边带解决机电系统的可调真空耦合率高达1.62 kHz，实现sub-aN Hz-1/2力的灵敏度。此外，我们研究了大机械振幅的微波谐振器的频率分裂确认大耦合。所提出的电感耦合方案显示了高潜力的SQUID为基础的机电目标的全部财富的本质非线性光力学哈密顿量。
2019-12-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Detector of microwave photon pairs based on a Josephson photomultiplier
本文扩展 JPM 单光子探测器，利用谐振器二聚体与非对称 dc SQUID 构造非微扰双光子耦合，提出可切换的微波双光子阈值探测器，50 ns 内探测保真度超过 99%。
2025-04-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Emergent quantum phase transition of a Josephson junction coupled to a high-impedance multimode resonator
本文通过精确对角化研究约瑟夫森结耦合高阻抗多模谐振器的涌现量子相变，发现转变源于第一激发态能级反交叉，并揭示相变的普适谱学特征。
2025-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Active resonator depletion with short microwave pulses
我们提出一个物理模型来解释在色散区的超导微波谐振器中，通过短微波脉冲耦合到约瑟夫森结量子比特的光子耗尽现象。我们讨论的条件下匹配的脉冲的振幅和相位最佳的模型的框架内，允许在测量后的量子位的复位时间显着减少。我们考虑如何处理输入输出形式主义内的脉冲和瞬态动力学，以及对宽带脉冲的基本假设的重新评估。
2021-10-21 quant-ph
Disentangling superconductor and dielectric microwave losses in sub-micron $\rm Nb$/$\rm TEOS-SiO_2$ interconnects using a multi-mode microstrip resonator
本研究提出利用多模微带谐振器结合几何因子与3D FEM建模分离超导互连线的介质与导体损耗的方法，优化了RQL互连线工艺，发现Cloisonné工艺制备的0.25μm宽Nb线损耗低于BCS理论最小值，为已报道Nb最低电阻损耗。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Characterization and Reduction of Capacitive Loss Induced by Sub-Micron Josephson Junction Fabrication in Superconducting Qubits
约瑟夫森结形成了几乎所有超导量子比特的基本非线性。当两个超导电极彼此在$\sim$ 1 nm内时形成结。虽然这些电极的电容是总量子位电容的一小部分，但附近的电场更集中在电介质表面，并且可以对总耗散做出实质性贡献。我们已经开发了一种技术，实验研究这些电极对超导器件质量的影响。我们使用$λ$ /4共面波导谐振器来模拟集总量子位电容。我们将可变数量的这些电极添加到这些谐振器的电容端，并测量附加损耗如何随电极数量而变化。然后，我们减少这种损失的制造技术，限制了大量的有损反射。然后，我们将这些技术应用于在硅衬底上制造Xmon量子位，以将其能量弛豫时间提高5倍。
2017-06-03 quant-ph
Generating two continuous entangled microwave beams using a dc-biased Josephson junction
我们的实验表明，直流偏置的约瑟夫森结与两个微波谐振器串联发射纠缠束的微波泄漏出的谐振器。在没有一个固定的相位参考表征的纠缠的出射光束，我们测量二阶相干函数证明纠缠高达每秒25亿光子对的发射速率。实验结果与理论定量吻合，证明了直流偏置的低频噪声是限制纠缠光束相干时间的主要因素。这一协议使我们能够评估谐振器的纠缠熵，并确定可以使该设备更接近量子技术应用的纠缠微波的有用明亮源的改进。
2020-10-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
A three-dimensional Josephson parametric amplifier
约瑟夫森参量放大器（JPA）是在三维（3D）微波腔耦合到超导量子干涉器件（SQUID），嵌入在一个二维谐振腔中执行。JPA在三波混频配置中通过将两倍于3D腔频率的交流磁通量注入SQUID来激活。在非简并相位不敏感配置中测量了8.3 GHz腔，其增益超过40 dB，其中20 dB增益导致0.4 MHz的工作带宽，1 dB压缩点为-115 dBm，增加了一半的噪声。
2022-05-26 quant-ph
Antibunched photons emitted by a dc biased Josephson junction
我们的实验表明，直流偏置的约瑟夫森结与一个足够高的阻抗微波谐振器串联发射反聚束光子。我们的谐振器是由一个简单的微制造的螺旋线圈，谐振频率为4.4 GHz，达到1.97 k $Ω$的特性阻抗。从谐振腔泄漏出的功率的二阶关联函数在零延迟处下降到0.3，这表明由电路以每秒6个$10^7$光子的速率发射的光子的反聚束。结果发现与我们的理论预测定量一致。这个简单的方案可以提供一个有效的和明亮的单光子源在微波领域。
2019-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum efficiency of a microwave photon detector based on a current-biased Josephson junction
分析了基于电流偏置约瑟夫森结的微波光子探测器的量子效率。我们考虑Jaynes-Cummings哈密顿量来描述光子场和结之间的耦合。然后，我们考虑耦合的结和谐振器的环境。我们解决的运动方程的密度矩阵的谐振器结系统计算的量子效率的检测器作为检测时间，偏置电流和能量弛豫时间的函数。我们的研究结果表明，适度的相干性的结可以提供有效的检测单微波光子，量子效率超过80%。
2013-01-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Multiphoton transitions in Josephson-junction qubits (Review Article)
两个基本的物理模型，一个二能级系统和一个谐振子，实现了在介观尺度上的耦合量子比特和谐振子。此外，现实系统还包括用于控制量子位能级与其粒子数之间的距离并读出谐振器状态的电子器件，以及不可避免的耗散环境。这种丰富的系统是有趣的介观尺度上的基本量子现象的研究，并作为一个有前途的系统，为未来的电子器件。我们提出了最近的结果驱动超导量子比特谐振器系统，其中的谐振器可以实现为LC电路或纳米机械谐振器。大多数结果可以用半经典理论来描述，其中量子比特被视为耦合到经典驱动场和经典谐振腔的量子二能级系统。应用这个理论可以描述单量子比特和双量子比特的许多现象，其中包括：平衡态和弱驱动谱，西西弗斯阻尼和放大，朗道-齐纳-施托克伯格干涉，直接和阶梯型多光子跃迁，以及激光的逆布居数的产生。
2012-05-03 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Controllable Coupling between Flux Qubit and Nanomechanical Resonator by Magnetic Field
我们提出了一种将纳米机械谐振器的量子化模式耦合到超导约瑟夫森结（或相位滑移）通量量子比特回路中的持续电流的有源机制。该耦合由外部耦合磁场独立控制。整个系统在强耦合极限下形成了一种新的固态腔量子电动力学（QED）结构。该结构可用于演示量子光学现象和相干操纵量子比特进行量子信息处理。这种耦合机制适用于更一般的超导约瑟夫森结系统是多能级系统的情况，并讨论了实验实现中的实际问题。
2007-03-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Near-ground state cooling in electromechanics using measurement-based feedback and Josephson parametric amplifier
本文在微波光机械系统中利用近量子极限 Josephson 行波参量放大器和测量反馈，将宏观 SiN 薄膜冷却至 1.6 个声子，并揭示多音下边带不对称受 Kerr 效应主导。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-shot Readout of a Superconducting Qubit using a Josephson Parametric Oscillator
我们提出并证明了一种新的超导量子比特的读出技术，通过色散耦合到约瑟夫森参量振荡器。我们采用了一个可调谐的四分之一波长超导谐振器和调制其谐振频率的两倍，其值与振幅超过阈值的参数不稳定性。我们将量子比特态映射到两个不同的经典参量振荡态：一个振荡态，谐振器中有$185\pm15$光子，另一个振荡振幅为零。这种高对比度避免了随后的量子限制放大器。我们证明了原理证明，单次读出性能，并提出了一个错误预算，表明这种方法可以超过量子计算所需的保真度阈值。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum logic gates for superconducting resonator qudits
我们研究了超导谐振器中Fock态的叠加，作为量子$d$能级系统（qudits）的量子信息处理。本文从理论上提出了约瑟夫逊结超导电路耦合谐振器的单门和耦合逻辑门的通用集合。这些门使用实验证明的相互作用，并提供了一个有吸引力的路线，量子信息处理使用谐振子模式。
2011-10-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive readout scheme for a Josephson phase qubit
我们提出了一个色散方案读出约瑟夫森相位量子比特的实验结果。一个电容并联的dc-SQUID被用作电感耦合到量子比特的非线性谐振器。我们通过测量从SQUID谐振器反射的微波脉冲的幅度和相位来检测量子比特的通量状态。通过这种低耗散的方法，我们将量子位状态测量时间减少到25微秒，这比使用通过将SQUID切换到其非零直流电压状态来执行的常规读出快得多。所演示的读出方案允许通过采用频分复用使用单个微波线读出多个量子比特。
2010-10-05 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Synchronized Switching in a Josephson Junction Crystal
我们考虑一个超导共面波导谐振器，其中中心导体被一系列均匀间隔的约瑟夫森结中断。该装置形成了一种扩展介质，该介质在单光子水平上是光学非线性的，其正常模式继承了结的全部非线性，但仍然可以通过谐振器端口访问。对于特定的等离子体频率的结的一组正常模式集群在一个狭窄的频带，并最终成为完全退化。当增加对这些模式的红色失谐驱动的强度时，我们观察到从低占据量子态到高占据经典场的急剧且同步的切换，伴随着从低到高输出强度的明显跳跃。
2014-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
Enhancing optomechanical coupling via the Josephson effect
腔光学力学在研究大系统中的量子力学方面显示出了希望。然而，辐射压力耦合的小是一个严重的障碍。在这里，我们展示了如何在一个单一的库珀对晶体管（SCPT）的约瑟夫森电感的电荷调谐可以利用安排强辐射压力型耦合$g_0$之间的机械和微波谐振器。在一定的参数限制下，这种耦合也可以被看作是两个谐振器的量子比特介导的耦合。我们表明，该计划允许达到极高的$g_0$。与最近提出的利用大辐射压力耦合的非线性的建议相反，该设置中的主要非线性源自谐振器之间的交叉克尔型耦合，其中腔折射率取决于声子数。这种耦合的存在将允许通过腔的测量来访问单个声子数。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum dynamics of a driven three-level Josephson-atom maser
最近，在超导纳米电路中观察到了激光效应，其中库珀对盒作为一个人造的三能级原子，耦合到一个谐振腔。受这个实验的启发，我们分析了一个三能级原子耦合到一个量子力学谐振腔中的Lindblad主方程的框架内的腔驱动的存在下的量子动力学。结果，我们可以获得原子能级布居的动态和腔中的光子数以及输出光谱。我们的量子方法的结果与实验结果一致。在电路中的波动的存在进行了分析。最后，我们比较了我们的结果与半经典近似。
2010-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Active protection of a superconducting qubit with an interferometric Josephson isolator
非互易微波器件在高保真、量子非破坏（QND）测量方案中起着几个关键作用。它们将输入与输出分开，对读出信号施加单向路由，并保护量子系统免受输出链产生的不必要的噪声的影响。然而，现有技术的低温循环器和隔离器在可扩展的超导量子处理器中是不利的，因为它们使用磁性材料和强磁场。在这里，我们实现了一个有源隔离器耦合两个非简并约瑟夫森混频器的干涉计划。非互易性是通过在馈送约瑟夫森混频器的同频泵浦之间施加相位梯度来产生的，约瑟夫森混频器在法拉第介质中扮演磁场的角色。为了证明这种基于约瑟夫森的隔离器用于量子测量的适用性，我们将其并入超导量子比特的输出线，耦合到快速谐振器和Purcell滤波器。我们还利用宽带超导定向耦合器将读出信号耦合到量子位谐振器系统和量子限制约瑟夫森放大器中，以提高读出保真度。通过使用这种新颖的量子设置，我们展示了量子位的快速，高保真，QND测量，同时提供超过20 dB的保护，防止约瑟夫森放大器反射的放大噪声。
2018-10-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Understanding the saturation power of Josephson Parametric Amplifiers made from SQUIDs arrays
我们报告的实施和详细建模的约瑟夫森参量放大器（JPA）由一个阵列的80个超导量子干涉器件（SQUID），形成一个非线性四分之一波长谐振器。该器件使用非常简单的单步制造工艺制造。它具有很大的带宽（45 MHz），工作频率在5.9 GHz和6.8 GHz之间可调，当偏置增益为20 dB时，具有很大的输入饱和功率（-117 dBm）。尽管SQUID阵列的长度与波长相当，但我们提出了一种基于有效的非线性LC串联谐振器的模型，该模型定量描述了这些品质因数，而无需拟合参数。我们的工作说明了使用基于阵列的JPA的优点，因为显示相同带宽和谐振频率的单SQUID设备将显示低15 dB的饱和功率。
2019-04-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photon Generation from Quantum Vacuum using a Josephson Metamaterial
当系统的欧拉-拉格朗日运动方程中的一个参数被调制时，粒子可以从量子真空中产生。这种现象被称为动态卡西米尔效应，并且最近在超导电路系统中通过实验实现，例如通过使用由共面波导制成的调制谐振器或形成约瑟夫森超材料的超导量子干涉器件（SQUID）阵列。在本文中，我们考虑一个简单的电路模型的动态Casimir效应，由一个LC谐振器，与外部调制在10.8 GHz的电感器和谐振频率可调的范围为$\pm$ 400 MHz的5.4 GHz左右。电路分析经典使用电路仿真器（APLAC）。我们证明，如果一个额外的源的经典噪声耦合到谐振腔（量子真空的顶部），例如通过耗散的“内部模式”，然后在腔中的光子的光谱将呈现两个强烈的不对称分支。然而，根据动态卡西米尔效应的理论，这些分支应该是对称的，我们的实验数据证实了这一预测。因此，这里给出的模拟表明，在我们的约瑟夫森超材料实验中产生的光子的起源是量子真空，而不是一个虚假的经典噪声源。
2014-01-30 cond-mat.mes-hall gr-qc quant-ph
Superconducting resonators with voltage-controlled frequency and nonlinearity
电压可调超导半导体器件为实现超导量子线路的动态可调性提供了一个独特的平台。通过将门控InAs-Al约瑟夫森结电连接到共面波导谐振器，我们演示了宽范围门控可调谐超导元件的使用。我们表明，谐振频率是通过一个门可调约瑟夫森电感控制和电压控制的InAs-Al结的非线性是非耗散的情况下，与传统的Al-AlO $_{x}$结。随着栅极电压降低，结的电感参与增加到$44\%$，导致谐振频率被调谐超过2 GHz。利用宽的可调谐性的设备，我们证明，两个谐振模式可以调整，使他们强烈杂交，表现出避免与51 MHz的耦合强度的水平交叉。实现这种电压可调谐振器是在量子位-量子位耦合、量子限制放大器和量子存储器平台的超导电路中实现晶片级连续电压控制的第一步。
2022-12-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Josephson junction cavity systems as cousins of the quantum optical micromaser
我们探讨了描述量子光学微脉塞和约瑟夫森光子器件的简单理论模型之间的相似性和差异。虽然微脉塞长期以来一直被认为是远离平衡的开放量子系统动力学的重要模型，但所谓的约瑟夫森光子器件是最近开发的超导量子线路的形式，其中电荷通过电压偏置的约瑟夫森结的量子传输驱动微波谐振器中光子的产生。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
