Losses in coplanar waveguide resonators at millikelvin temperatures
本文研究了一组λ/2共面波导谐振器在毫开尔文温度（20 mK -900 mK）和不同外加功率（3E-19 W -1 E-12 W）下的损耗率。在临界功率以下，损耗率变得与功率无关。对于固定的功率，损耗率随温度的降低而显著增加。我们表明，这种行为可以引起周围的电介质材料中的两个级别的系统。有趣的是，对于不同的材料组合，两能级系统的影响具有相同的数量级。这导致了这样的假设，即这些两能级系统的性质是物质独立的。
2009-11-01 cond-mat.supr-con
Inductances and attenuation constant for a thin-film superconducting coplanar waveguide resonator
对由载流中心导体、相邻缝隙和接地层组成的薄膜超导共面波导谐振器的几何电感、动力电感、总电感和衰减常数进行了理论分析。分析集中在膜的厚度$d$服从$d < 2λ$（$λ$是伦敦渗透深度），其材料特性的特点是由二维屏蔽长度$Λ= 2 λ^2/d$。引入一个截止程序，保证在中心导体和接地层的电流的大小是相等的，新的和更简单的结果获得的动态电感和衰减常数小$Λ$。精确的结果为任意$Λ$的几何，动力学和总电感的限制微小的槽宽，和近似的结果为任意槽宽。
2012-10-22 cond-mat.supr-con
Coplanar Waveguide Resonators for Circuit Quantum Electrodynamics
我们设计并制作了超导共面波导谐振器，其基频从2到$9 \rm{GHz}$，在$20 \rm{mK}$的温度下，加载的品质因数从几百到几十万。加载的品质因数由适当设计的输入和输出耦合电容器控制。利用集总元件模型和分布元件传输矩阵法对测量的透射谱进行了分析。实验确定的谐振频率，品质因数和插入损耗的特点是充分和一致的所有测量设备的两个模型。这种谐振器在量子光学和利用超导电子电路的量子信息处理以及单光子探测器和参量放大器中有着突出的应用。
2008-07-25 cond-mat.supr-con
Field-resilient superconducting coplanar waveguide resonators made of Nb, NbTi, and NbTiN
该研究制备并表征了Nb、NbTi和NbTiN超导共面波导谐振器，发现45纳米厚NbTi在0.4 T磁场下保持高内品质因子，兼具高Qi与强磁场鲁棒性，是抗磁场谐振器的实用材料平台。
2025-09-25 cond-mat.supr-con
Microwave Quenching in DC-biased Coplanar Waveguide Based on $YBa_2Cu_3O_{7-δ}$ Thin Film
在本文中，我们报告的结果特征的发现在高温超导共面波导（CPW）的微波损耗（淬火）在一定值的输入功率$P_{in}$和直流（DC）$I_{dc}$的强烈变化的影响。两个波导进行了研究：CPW-150和CPW-75，制造的外延150 nm和75 nm的YBCO薄膜。当施加固定电平的输入X波段脉冲MW信号$P_{in}$时，测量了CPW的插入损耗$IL = 10 lg (P_{out} / P_{in})$与工作温度和偏置DC电流$I_{dc}$的关系。这里，$P_{out}$是在CPW输出端测得的功率。脉冲持续时间$τ_i$为5 $μs$，脉冲重复周期T = 40 $μs$。实验表明，CPW-150和CPW-75中对应于$P_{in}$依赖性猝灭现象的$I^*= I_{dc}$具体值存在明显差异。在弱输入信号的情况下，预期CPW的行为的差异，即，对于较薄的膜，在较低的电流下发生淬火。对于$P_{in}>1W$，情况相反，即，CPW-150的猝灭发生在较低的$I^*$下。这是由CPW-150的较强微波加热解释的。
2019-04-16 cond-mat.supr-con
The dynamical Casimir effect in a superconducting coplanar waveguide
研究了超导量子干涉器件（SQUID）终端共面波导（CPW）中的动态Casimir效应。改变通过SQUID的磁通量参数调制的CPW的边界条件，从而，其有效长度。在CPW中的光的速度相当的有效边界速度的宽带光子产生的结果是相同的一个计算的动态卡西米尔效应为一个单一的振荡镜。我们估计的功率辐射的现实参数，并表明，它是实验上可行的，直接检测这种非经典宽带辐射。
2009-06-17 cond-mat.supr-con quant-ph
Weak continuous monitoring of a flux qubit using coplanar waveguide resonator
我们通过测量共面波导谐振腔中的传输来研究磁通量子比特。在我们的系统中，磁通量子比特与谐振器电流解耦，实现了中间耦合状态。在这种情况下，色散读出是可能的，量子位上的反作用很弱。详细的理论分析和模拟给出了与实验数据很好的一致性，并允许进行量子比特表征。
2010-05-10 cond-mat.supr-con quant-ph
Study of loss in superconducting coplanar waveguide resonators
超导共面波导（SCPW）谐振器由于其平面几何结构和相对于普通金属的高品质因数而具有广泛的应用。然而，它们的性能对它们的几何形状的细节以及它们的制造中使用的材料和工艺都很敏感。在本文中，我们研究了SCPW谐振器的性能依赖于材料和几何形状的温度和激励功率的函数。我们测量的品质因数大于$2\times10^6$在高激发功率和$6\times10^5$的功率相当于由一个单一的微波光子在谐振器中循环产生的。我们研究的限制，谐振器的高激发功率性能，并发现它是一致的辐射损耗的模型。我们进一步观察到，虽然在所有情况下，随着温度和功率由于介电损耗而降低，品质因数劣化，但是这种效应的大小取决于谐振器材料和几何形状。最后，我们证明，介电损耗可以控制在原则上使用一个单独的激励附近的谐振器的谐振频率。
2011-01-04 cond-mat.supr-con
Determining interface dielectric losses in superconducting coplanar waveguide resonators
超导量子计算架构包括谐振器和量子位，其经历由于体和界面双能级系统（TLS）引起的能量损失。了解这些损耗对于提高超导电路的性能至关重要。在这项工作中，我们提出了一种方法来量化的TLS损耗不同的体和界面的超导共面波导（CPW）谐振器中存在的。通过结合统计特性的各向同性蚀刻的硅衬底上的专门设计的CPW谐振器组详细的电磁建模，我们确定单独的损耗贡献从个别材料接口和散装的。这种分析界面TLS损耗的技术可用于指导量子位、谐振器及其超导制造工艺的有针对性的改进。
2018-08-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Coplanar waveguide ground potentials imbalance as a source of useful signal in Near-Field Scanning Microwave Microscopy
本文提出一种基于传输线谐振器的近场扫描微波显微镜新技术，利用共面波导地电位失衡作为有用信号源，实现了高达98.7%准确率的低对比度结构分辨。
2024-01-11 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Fabrication and surface treatment of electron-beam evaporated niobium for low-loss coplanar waveguide resonators
我们描述了在超高真空条件下沉积的低损耗电子束蒸发铌薄膜。慢沉积产生具有高超导转变温度（$9.20 \pm 0.06 \rm ~K$）以及剩余电阻率比$4.8$的膜。我们制作的薄膜共面波导谐振器提取的固有损耗，由于存在两个层次的系统波动，使用微波测量。对于共面波导谐振腔间隙的$2~μ\rm m$，薄膜表现出填充因子调整的两级系统损耗角正切低至$1.5 \times 10^{-7}$与单光子制度的内部品质因数超过一百万后，去除原生表面氧化物的铌。
2021-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Intermodulation spectroscopy and the nonlinear response of two-level systems in superconducting coplanar waveguide resonators
本文提出互调光谱学方法，通过双音驱动与多频锁相测量超导谐振器中的频率混频，高效表征TLS非线性损耗，并恢复与标准隧穿模型一致的非线性参数。
2024-02-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Microwave transmissions through superconducting coplanar waveguide resonators with different coupling configurations
在高纯硅衬底上设计并制作了两种不同耦合电容的超导铌共面波导微波谐振器。在20 mK的温度下测量它们的微波传输。结果表明，这两种谐振器具有明显不同的加载品质因数，一种是$5.6\times{10}^{3}$，另一种是$4.0\times{10}^{4}$。用经典的ABCD矩阵法对实测数据进行了拟合。我们发现，透射峰偏离标准洛仑兹的频率加宽。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
Power Handling and Responsivity of Submicron Wide Superconducting Coplanar Waveguide Resonators
基于共面波导（CPW）的微波动力学电感探测器（MKID）的灵敏度需要至少提高一个数量级，以满足天基太赫兹天文学的要求。我们的目标是研究这是否可以通过将CPW的宽度减小到远低于通常使用光学光刻（> 1 μm）来实现。利用电子束光刻和反应离子刻蚀技术在NbTiN中制作了中心线宽为300 nm的共面波导谐振器。在一个系统的研究四分之一波长CPW谐振器具有不同的宽度，它示出的响应度，噪声和功率处理的行为作为宽度的函数继续下降到300 nm。这鼓励了使用Al的窄KID的开发，以提高其灵敏度。
2012-06-04 cond-mat.supr-con physics.ins-det
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
Post-fabrication frequency trimming of coplanar-waveguide resonators in circuit QED quantum processors
本研究提出使用接地空气桥阵列对CPW谐振器进行制造后频率微调，该方法兼容传统制造步骤、调节范围100MHz且分辨率10MHz，可消除谐振器频率拥挤并实现频率匹配，结合激光退火能在17传输子处理器中实现快速高保真读出。
2023-02-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Fabrication and Characterization of Magnetic-Field-Resilient MoRe Superconducting Coplanar Waveguide Resonators
具有磁场弹性的超导共面波导谐振器是研制各种量子比特的集成量子线路和量子存储器件的基础。钼铼（MoRe）是一种无序的超导合金，与石墨烯和碳纳米管（CNT）形成高度透明的接触，将是实现与石墨烯和CNT基纳米混合量子位相结合的场弹性SCPW谐振器的有前途的平台。我们制作了MoRe SCPW谐振器，并研究了它们随温度和外加磁场变化的微波传输特性。我们的观察结果表明，MoRe膜的厚度是一个关键参数，决定下临界场，动力学电感，和SCPW谐振器的特性阻抗，导致急剧变化的品质因数和谐振频率。其结果是，我们获得了最大值的$Q_{i} > 10^{4}$在平行磁场高达$B_{||} = 0.15$ T的27 nm厚的MoRe谐振器。我们的实验结果表明，MoRe SCPW谐振器将是有用的集成纳米混合自旋或门子量子比特和自旋系综量子存储器件的发展。
2022-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Optimized Coplanar Waveguide Resonators for a Superconductor-Atom Interface
本文设计并表征了用于超导量子电路与单个里德伯原子强耦合的共面波导腔，通过厚膜铜电极增强零点电场并降低芯片加热，有望实现腔QED强耦合极限。
2016-08-17 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Wirebond crosstalk and cavity modes in large chip mounts for superconducting qubits
我们分析的微波芯片安装，使用引线键合连接芯片和安装地面的性能。一个简单的阻抗阶梯模型预测，两个馈线之间的传输串扰下降指数的距离在低频率，但上升到接近统一以上的芯片对地电容设置的谐振频率。利用SPICE模拟和缩尺模型的实验测量，验证了阶梯模型的基本预测。特别地，通过减小芯片和盒接地之间的电容，谐振频率增加并且传输降低。该模型随后影响了新安装的设计，该安装在6 GHz时将隔离度提高到-65 dB，尽管芯片尺寸增加到1 cm × 1 cm，是我们以前器件的3倍。我们在这个底座上测量了一个共面谐振器，为更大的量子位芯片做准备，并且能够识别腔，槽线和谐振器模式。
2010-11-23 cond-mat.supr-con
Low Loss Superconducting Titanium Nitride Coplanar Waveguide Resonators
TiN的薄膜被沉积到具有和不具有SiN缓冲层的Si和蓝宝石晶片上。薄膜制成RF共面波导谐振器，并采取内部品质因数测量在毫开尔文温度下的多光子和单光子的限制，即高和低功率制度，分别。在高功率下，对于主要具有（200）-TiN取向的TiN，测量到高于$10^7$的内部品质因数（$Q_i$）。显示出显著的（111）-TiN织构的膜总是具有低得多的$Q_i$，大约为$10^5$ .我们的研究表明，（200）-TiN是有利于生长在裸硅或SiN缓冲层在高温下。然而，在低温下在裸蓝宝石或Si（100）上生长主要导致（111）-TiN取向。椭偏仪和俄歇测量表明，在裸Si衬底上的（200）-TiN生长与在预沉积过程中形成薄的$\approx 2$ nm SiN层相关。在单光子状态下，这些薄膜的$Q_i$超过了$8\times10^5$，而较厚的SiN缓冲层导致在低功率下降低的$Q_i$.
2010-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Sputtered TiN films for superconducting coplanar waveguide resonators
本文系统地研究了在超高真空反应磁控溅射室中通过改变沉积条件制备TiN薄膜的性能。当保持Ti（1-x）N（x）（x=0.5）接近化学计量比时，通过将沉积压力从2 mTorr增加到9 mTorr，膜电阻率增加，主晶体取向从（100）变为（111），晶界变得更清晰，并且强压缩应变变为弱拉伸应变。TiN膜在沉积后暴露于空气时吸收高浓度的污染物，包括氢、碳和氧。当靶-衬底距离设置为88 mm时，污染物水平随着压力从2 mTorr增加到9 mTorr而从~0.1%增加到~10%。污染物浓度也与从衬底的中心的平面内的距离，并增加了大约两个数量级的目标-衬底的距离从88 mm增加到266 mm。这些污染物被发现强烈影响TiN薄膜的性能。例如，当氧含量从0.1%增加到11%时，化学计量膜的电阻率增加约5倍。这些结果表明，溅射TiN粒子的能量是决定TiN膜性能的关键，并且重要的是要控制该能量以获得高质量的TiN膜。由一系列在2 mTorr到7 mTorr的压力下生长的接近化学计量比的薄膜制成的超导共面波导谐振器显示出随着压缩应变的大小从接近3800 MPa减小到大约150 MPa以及氧含量从0.1%增加到8%，本征品质因数从~10^4增加到~10^6。具有较高氧含量的膜表现出较低的损耗，但氧掺入的不均匀性阻碍了溅射TiN在较大电路中的使用。
2013-06-11 cond-mat.supr-con
Film-thickness dependence of 10 GHz Nb coplanar-waveguide resonators
我们研究了谐振频率为10-11 GHz的Nb λ/2共面波导（CPW）谐振器。谐振器具有不同的膜厚度，t=0.05、0.1、0.2和0.3 μ m。在低温T=0.02-5 K时，测量了散射矩阵元S_21，它是从一个端口到另一个端口的透射系数。在基础温度T=0.02-0.03 K时，谐振器过耦合到输入/输出微波线，并且加载的品质因数在10^3的量级。与电路模拟器的预测相比，谐振频率具有相当大的膜厚依赖性，电路模拟器仅考虑L_g来计算CPW的电感，其中L_g是由CPW几何形状确定的通常的磁电感。通过拟合理论S_21与频率的关系曲线，我们确定了每个膜厚的CPW的相速度，精度优于0.1%。大的膜厚依赖性必须是由于CPW中心导体的动态电感L_k。我们还测量了S_（21）在T=4-5 K范围内随温度的变化，并证实了L_k的厚度和温度依赖性与理论预测是一致的。
2009-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Coupling ultracold atoms to a superconducting coplanar waveguide resonator
在集成原子芯片上实现了超冷$^87$ Rb基态原子与超导共面共振器的耦合。我们通过观察超精细跃迁频率的交流移动来测量腔中的微波场强度。测量的位移被用来重建在谐振腔中的场，在密切的协议与腔的传输测量，给出原子和谐振腔之间的耦合的证据。当驱动腔与原子共振时，我们观察到原子超精细态之间的拉比振荡，证明了通过腔场对原子态的相干控制。利用外加的射频观测双光子拉比振荡，可以在超导腔附近制备磁俘获相干叠加态，这是实现原子量子存储器所必需的。
2017-07-10 cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Effects of device geometry and material properties on dielectric losses in superconducting coplanar-waveguide resonators
超导共面波导（CPW）谐振器是电路量子电动力学（cQED）的关键器件之一。它们的性能可能受到衬底和材料界面中的介电损耗的限制。可靠的建模是必需的，以帮助在cQED的低损耗CPW结构的设计。我们分析了几何依赖的介质损耗在CPW结构中使用有限元建模的参与率的损耗区域。在实际情况下，这些区域的介电常数和损耗角正切的不确定性在理论预测的参与率中引入了不确定性。我们提出了一种方法相结合的两级系统限制的品质因数和共面波导谐振器的谐振频率的测量损耗模拟。也就是说，我们解决了一个反问题，找到模型参数产生的测量值。高品质因数是通过适当地设计的共面波导结构的横截面几何形状，但更准确的建模和低损耗共面波导谐振器的设计方法，需要未来的重大改进。我们的非线性优化方法解决上述反问题是在这个方向上的一步。
2020-08-10 cond-mat.supr-con physics.app-ph 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
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
Engineering high-Q superconducting tantalum microwave coplanar waveguide resonators for compact coherent quantum circuits
研究通过改变薄膜厚度并使用Nb种子层，在室温下制备了高内部品质因数（约3.6×10^6）和高动理电感（0.6 pH/sq）的超导钽共面波导谐振器，为紧凑高保真量子电路提供了关键组件。
2024-12-20 cond-mat.supr-con cs.SY eess.SY
Improving superconducting resonators in magnetic fields by reduced field-focussing and engineered flux screening
我们实验研究了超导共面波导谐振器在外部磁场中的作用，并提出了两种减少场致耗散通道和谐振频率漂移的策略。我们的方法之一是显著减小超导接地平面面积，这导致减小的磁场聚焦，从而降低波导腔内部的有效磁场。通过这种措施，在mT面外磁场中，场致损耗可以减少一个数量级以上。当这些谐振器附加地电感耦合而不是电容耦合到微波馈线时，固有的闭合超导回路通过通量守恒有效地屏蔽谐振器的心脏免受磁场的影响。总的来说，我们实现了减少场致共振频率偏移高达两个数量级。我们结合系统的参数变化的实验侧的数值磁场计算来解释我们的方法的效果，并支持我们的结论。所提出的结果是相关的所有领域，其中高性能的超导谐振器需要在磁场中操作，例如，用于基于共面波导腔的超导电路或电子自旋共振检测器的量子混合器件。
2017-07-06 cond-mat.supr-con
Characterizing dielectric properties of ultra-thin films using superconducting coplanar microwave resonators
我们提出了一种实验方法，用于低温下超薄绝缘膜的介电测量。基于共面微波波导设计，我们实现了超导四分之一波谐振器与电感耦合，这使我们能够确定在GHz频率和样品厚度下降到几个纳米的介电函数的实部$\varepsilon_1$。我们进行模拟，以优化谐振器的耦合和灵敏度，我们证明了量化$\varepsilon_1$的可能性与保角映射技术在宽样品厚度和$\varepsilon_1$制度。在实验上，我们确定$\varepsilon_1$的各种薄膜样品（光刻胶，MgF $_2$，和SiO $_2$）在nm的厚度制度高达$μm$。我们找到了良好的对应关系与名义值，我们确定我们的主要误差源的膜厚的精度。此外，我们提出了一个SrTiO $_3$体样品的温度依赖性的测量，使用原位参考方法来补偿超导谐振器性能的温度依赖性。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
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
Measuring coherent dynamics of a superconducting qubit in an open waveguide
Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）
研究通过开放波导耦合超导transmon量子比特，测量其退相干和弛豫率，并利用双脉冲技术重构弛豫动力学和Rabi振荡。
2026-03-18 cond-mat.supr-con quant-ph
The Jahn-Teller instability in dissipative quantum electromechanical systems
我们考虑谐振子与二能级系统（量子比特）的强耦合稳态，以至于不能进行旋转波近似。这个模型的哈密尔顿版本被称为$E\otimesβ$ Jahn-Teller模型。这个系统的半经典版本表现出一个不动点分岔，在量子模型中，这导致了一个基态，在振荡器和量子比特之间有大量的纠缠。我们发现，动力学分岔生存在一个耗散的量子描述的系统，在一个更丰富的分岔结构。我们提出了两个实验实现这个模型的基础上超导腔：参数驱动的非线性纳米机械谐振器耦合电容器的共面微波腔和超导结的中心导体的共面波导。
2009-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
