Millimeter wave to terahertz compact and low-loss superconducting plasmonic waveguides for cryogenic integrated nano-photonics
等离子体激元作为一个快速发展的研究领域，提供了新的途径来引导和调制微波中的高度受限的光到光学频率范围。我们展示了一个等离子体缝隙波导，在纳米尺度上，基于高转变温度超导体BSCCO，以促进表现的芯片级毫米波太赫兹集成电路在低温下工作。我们研究了几何参数对100 GHz和500 GHz之间的BSCCO等离子体缝隙波导的模式特性的影响。此外，我们还研究了纳米级超导缝隙波导模式特性的热传感，表明在较低的频率下，波导的基模具有较大的传播长度、较低的有效折射率和较强的局域模式能量。此外，我们发现，我们的设备提供了一个更大的SPP传播长度和更高的场限制比金等离子体波导在宽的温度范围低于BSCCO Tc。该器件为实现纳米尺度低温低损耗光子集成电路开辟了一条新的途径。
2021-06-16 physics.optics quant-ph
Integrated superconducting nanowire single-photon detectors on titanium in-diffused lithium niobate waveguides
我们展示了非晶硅化钨超导纳米线单光子探测器在钛内扩散锂离子波导上的集成。我们展示了使用两个正交偏振方向的双向波导耦合的1550nm波长的渐逝耦合光子的原理验证检测。我们调查的内部检测效率，以及使用耦合独立的表征测量检测器的吸收。此外，我们描述的策略，以提高这些设备的产量和效率。
2021-04-26 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Towards integrated superconducting detectors on lithium niobate waveguides
超导探测器现在是弱光光学，特别是量子光学的成熟工具，具有高效率，快速响应和低噪声。同样，由于其高的二阶非线性，钛酸锂是集成光学的重要平台，用于高速电光调制和偏振转换，以及频率转换和量子光源。将这些技术结合起来，可以满足对单个平台的要求，该平台能够以紧凑且潜在可扩展的方式在多个自由度上生成、操纵和测量量子光。我们将报告集成钨过渡边缘传感器（TES）和非晶硅化钨超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的钛扩散锂的波导的进展。行波设计将来自波导的倏逝场耦合到超导吸收体中。我们将报告吸收的模拟和测量结果，我们可以在冷却设备之前在室温下对其进行表征。独立地，我们展示了探测器如何响应泛光照明，通常入射到设备上，展示了它们的功能。
2017-08-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
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
Waveguide Integrated Superconducting Single Photon Detectors Implemented as Coherent Perfect Absorbers
理想的单光子探测器的核心是活性材料，其理想地吸收光子并将其转换为可辨别的电子信号。大的活性材料体积有利于高效吸收，但通常以转换效率、噪声、速度和定时精度为代价。目前的工作演示了如何相干完美吸收的概念可以用来放松这种权衡的波导集成超导纳米线单光子探测器。在绝缘体上硅波导顶部的一个非常短（8.5 $μ$ m长）和窄（8 $\times$ 35 nm $^2$）的U形NbTiN纳米线通过在其周围蚀刻一个不对称的纳米束腔而变成一个完美的吸收体。在2.05 K下，探测器显示出对于1545 nm光子的$\sim$ 96 $\pm$ 12%的片上量子效率，固有暗计数率$<$ 0.1 Hz。估计的定时抖动为$\sim$ 53 ps半高全宽，复位时间为$<$ 7 ns，均受读出电子学的限制。这种架构能够将超紧凑的探测器性能推向理想的极限，因此有望在量子光学中找到无数的应用。
2014-09-05 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Fast atom-photon entangling gates with a superconducting coplanar waveguide
超导共面波导中原子与微波光子之间的纠缠可以实现量子混合器件以及静态和飞行量子比特的接口。本文研究了在超临界阱附近囚禁的中性原子和超临界阱中的微波模之间的一步控制Z ~（C $_{\text{Z}}$）门，它是[J. D. Pritchard等人，A 89，010301（R）（2014）]。门协议是简单的，并且需要一个激光脉冲来激发中性原子的基态和里德伯态之间的跃迁。
2022-12-13 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
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
Copper waveguide cavities with reduced surface loss for coupling to superconducting qubits
近年来，利用三维微波波导腔与transmon量子比特耦合，超导量子比特相干时间得到了显著的改善。虽然在这个方向上的许多测量都利用超导铝腔，但最近的其他工作涉及耦合到铜腔的量子位，其相干时间接近0.1 ms。铜为腔壁和量子位芯片的热化提供了良好的路径，尽管大量的腔损耗使传统的色散量子位测量具有挑战性。我们正在探索各种方法来提高三维铜腔的品质因数，包括电解抛光和涂覆超导锡层。我们已经在多次冷却时表征了这些空腔，并发现镀锡是坚固的。此外，我们在这些腔中对transmon量子比特进行了相干测量，并观察到了有希望的性能。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Co-designed reflective and leaky-waveguide low-pass filter for superconducting circuits
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出了一种协同设计的反射型和泄漏波导低通滤波器，用于超导电路，实现了低插入损耗和高衰减，有效抑制近带和远带外辐射，适用于超导量子计算。
2025-08-04 cond-mat.supr-con quant-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
Entanglement of two superconducting qubits in a waveguide cavity via monochromatic two-photon excitation
我们报道了一个系统，在这个系统中，非计算能级之间的固定相互作用使得原本被禁止的双光子00 --> 11跃迁变亮。该系统是由两个分立元件transmon型超导量子比特在一个矩形微波腔中手工选择和组装而成。单色驱动调谐到这个过渡的应用程序诱导双光子拉比样振荡之间的基态和双激发态通过贝尔基础。因此，该系统允许全微波双量子位通用控制，具有单量子位控制所需的相同技术和硬件。我们报告拉姆齐和自旋回波序列与产生的贝尔状态，并测量两个量子比特门保真度为90%（无约束）和86%（极大似然估计）。
2012-11-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Applying Electric and Magnetic Field Bias in a 3D Superconducting Waveguide Cavity with High Quality Factor
三维微波波导腔是许多腔量子电动力学实验的重要工具。然而，需要在腔内用直流磁场控制量子发射器，这通常将这种实验限制在具有相对较低的品质因数约为$10^4$的正常导电腔。类似地，到目前为止，在正常和超导波导腔中用直流电场控制量子发射器是困难的，因为直流电极的插入强烈地限制了品质因数。在这里，我们提出了一种方法来施加直流电场内的超导波导腔，这是基于在微波电场的节点处插入直流电极。此外，我们提出了一种方法来施加直流磁场在同一个空腔内，通过捕获的磁通量在孔定位在面对的墙壁的腔。我们证明，这种超导，由铌制成的矩形腔的$\text{TE}_{301}$模式保持高的内部品质因数的$Q_{\text{int}} \sim 1.7 \cdot 10^6$在几个光子的水平和基础温度的$3~\text{K}$。利用二次斯塔克效应和塞曼效应，将里德堡原子云耦合到腔体的微波电场中，分别探测外加直流电场和直流磁场。
2017-12-22 quant-ph
Minimizing Kinetic Inductance in Tantalum-Based Superconducting Coplanar Waveguide Resonators for Alleviating Frequency Fluctuation Issues
本文针对钽基超导共面波导谐振器因动态电感较大导致的频率波动问题，从制造和设计两方面优化，将频率波动降低超过100倍，同时保持高内部品质因数，为钽在大规模超导芯片中的应用提供新思路。
2024-05-05 quant-ph
Superconducting qubit in waveguide cavity with coherence time approaching 0.1ms
我们报道了一个超导人造原子，观测到的量子相干性时间T2*= 95 μ s，能量弛豫时间T1= 70 μ s。该系统由一个约瑟夫森结transmon量子比特嵌入在一个空的铜波导腔，其最低本征模色散耦合到量子比特过渡。我们将相干性品质因数相对于先前报告的四倍增加归因于旨在减少来自残余腔光子的量子位退相的设备修改。这个简单的装置作为一个强大的和容易生产的人工量子系统，其固有的相干性足以允许测试量子纠错有很大的希望。
2012-02-24 quant-ph
Waveguide photon-number-resolving detectors for quantum photonic integrated circuits
量子光子集成电路是利用光子进行可扩展量子处理的一种很有前途的方法。基于超导纳米线的波导单光子探测器（WSPD）最近已被证明与单光子源兼容，用于单片集成。虽然标准WSPD提供单光子灵敏度，但更复杂的超导纳米线结构可以配置为具有光子数分辨能力。在这项工作中，我们提出了波导光子数分辨探测器（WPNRD）的GaAs/Al 0.75 Ga 0.25 As脊波导的基础上的串联的纳米线。0-4个光子的检测已经用具有单个电读出的四线WPNRD证明。在1310 nm处，TE偏振的器件量子效率约为24%.
2013-08-21 physics.optics quant-ph
Coupling Rydberg atoms to microwave fields in a superconducting coplanar waveguide resonator
在超导共面波导谐振腔中实现了超声脉冲束中里德堡氦原子与微波场的耦合。通过双色双光子激光从亚稳态1 s2 s $^3$ S $_1$能级激发，在1 s55 s $^3$ S $_1$里德堡能级上制备原子。在四分之一波长共面波导谐振器中，利用19.556 GHz三次谐波微波场驱动1 s55 s $^3$ S $_1$和1 s56 s $^3$ S $_1$能级之间的双光子微波跃迁.这种超导微波谐振器是由硅衬底上的氮化铌制成的，工作温度在3.65 - 4.30 K之间。实验中里德伯能级的布居由选态脉冲电场电离确定。通过拉比振荡的时域测量研究了原子-谐振腔耦合的相干性。
2020-09-18 physics.atom-ph quant-ph
Superconducting giant atom waveguide QED: Quantum Zeno and Anti-Zeno effects in ultrastrong coupling regime
巨原子系统是量子光学中的一个新的范例，传统的偶极近似在其中已经不再适用。本文通过两个耦合点将超导电路耦合到传输线上，构造了一个人工巨原子模型。在超强耦合区，我们证明了由不可忽略的反转原子-波导耦合项引起的巨原子的兰姆位移将改变其耗散过程.此外，我们还研究了巨原子大小作为敏感控制器的量子芝诺和反芝诺效应。具体地说，通过比较临界测量间隔和巨原子的寿命，我们阐明了量子反Zeno效应发生的条件。希望我们的工作能对巨原子系统在量子力学基本问题研究中的应用有所帮助。
2022-05-07 quant-ph
Closed and open superconducting microwave waveguide networks as a model for quantum graphs
Center for Theoretical Physics of Complex Systems, Institute for Basic Science (IBS)（复杂系统理论物理中心，基础科学研究所）；Basic Science Program, Korea University of Science and Technology (UST)（基础科学项目，韩国科学技术院）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI亥姆霍兹重离子研究中心有限公司）；Darmstadt University of Applied Sciences（达姆施塔特应用科学大学）
该研究通过超导波导网络实验，揭示了量子图模型中T型和Y型接点在不同频率下的散射特性差异，验证了随机矩阵理论预测。
2024-01-29 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Engineering symmetry-selective couplings of a superconducting artificial molecule to microwave waveguides
将结构化量子发射体的衰变率调整到它们的环境中为非线性量子光学、集体现象和量子通信开辟了新的途径。在这里，我们展示了一种新的人工分子之间的耦合方案，包括两个相同的，强耦合transmon量子比特，和两个微波波导。在我们的方案中，耦合被设计成使得相对于置换算子具有相同（相反）对称性的状态之间的转换主要耦合到一个（另一个）波导。基于耦合的选择性，量化的耦合强度的比率，超过了30倍的波导在我们的设备。此外，我们实现了一个双光子拉曼过程中同时驱动两个波导激活，并表明它可以用来相干耦合不同对称性的单激发流形的分子状态。使用该过程，我们实现了由分子介导的波导频率转换，效率约为95%。最后，我们表明，这种耦合安排使得它可以直接产生空间分离的贝尔态传播的波导。我们设想进一步的应用量子热力学，微波光电探测，光子光子门。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall quant-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
Quantum interference in heterogeneous superconducting-photonic circuits on a silicon chip
量子信息处理为有效地通信和计算数据提供了巨大的希望。然而，将当前的光子实现方法扩展到更大的系统尺寸仍然是实现破坏性量子技术的一个突出挑战。量子信息处理器的两个主要组成部分是量子干涉和单光子探测器。在这里，我们开发了一个混合超导光子电路系统，以显示这些元素可以在硅芯片上以可扩展的方式组合。我们证明了这种方法的适用性集成量子光学干涉和检测光子对直接在芯片上波导耦合单光子探测器。使用氮化硅纳米光子波导实现的定向耦合器，我们观察到97%的干涉可见度时，测量光子统计与两个单片集成的超导单光子探测器。光子电路和探测器的制造工艺与标准的半导体薄膜技术兼容，使得在硅芯片上实现更复杂和更大规模的量子光子电路成为可能。
2015-11-22 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Multi-frequency Spin Manipulation Using Rapidly Tunable Superconducting Coplanar Waveguide Microresonators
在这项工作中，我们演示了使用频率可调谐超导NbTiN共面波导微谐振器的多频脉冲电子自旋共振（ESR）实验。通过向中心引脚施加偏置电流，谐振频率（$\sim$ 7.6 GHz）可以在270 ns内连续调谐多达95 MHz，而在2K下品质因数为3000。我们通过测量硅中的施主自旋系综证明了我们的谐振器的ESR性能，并表明绝热脉冲可以用来克服由于所施加的偏置电流引起的磁场不均匀性和微波功率限制。我们利用这些谐振器的快速可调谐性，在一个脉冲序列中操纵磷和砷的自旋，演示脉冲双电子-电子共振（DEER）。我们的NbTiN谐振器设计是有用的多频脉冲ESR，也应该有自旋系综作为量子存储器的实验中的应用。
2017-07-18 quant-ph
Superconducting metamaterials for waveguide quantum electrodynamics
在光子带隙结构中嵌入可调谐量子发射器使得能够控制发射器与其光子浴之间的耗散和色散相互作用。在传输带中的操作，在间隙之外，允许在慢光制度中研究波导量子电动力学。或者，将发射极调谐到带隙中导致经由束缚光子态的有限范围发射极-发射极相互作用。在这里，我们将transmon量子比特耦合到具有深亚波长晶格常数（$λ/60$）的超导超材料。该超材料通过周期性地向传输线加载紧凑、低损耗、低无序的集总元件微波谐振器来形成。我们探测系统的相干和耗散动力学通过测量兰姆位移和transmon量子比特的寿命的变化。在带边附近调谐量子比特频率，群指数为$n_g = 450$，我们观察到10 MHz的反常兰姆位移，伴随着量子比特寿命的24倍增强。此外，我们证明了选择性增强和抑制不同transmon跃迁的自发发射，这提供了同时访问长寿命的亚稳态量子比特状态和状态强烈耦合到传播波导模式。
2018-02-05 quant-ph
Analysis and mitigation of interface losses in trenched superconducting coplanar waveguide resonators
提高超导量子比特和谐振器的性能通常是由于材料和制造工艺改进以及设计修改的组合，这些改进和设计修改降低了器件对剩余损耗的敏感性。这种方法的一个实例是结合超导体和具有低固有损耗的超导体使用到器件衬底中的沟槽，以改善品质因数和相干时间。在这里，我们展示了氮化钛共面波导谐振器的平均品质因数超过200万和控制沟槽达到2.2 $μ$米到硅衬底。此外，我们测量组的谐振器的尺寸和沟槽深度的范围内，并比较这些结果与有限元模拟，以证明定量协议与模型的接口介电损耗。然后，我们应用此分析，以确定在何种程度上开槽可以提高谐振器的性能。
2017-09-28 physics.app-ph quant-ph
NbTiN superconducting nanowire detectors for visible and telecom wavelengths single photon counting on Si3N4 photonic circuits
我们展示了铌钛氮化物超导纳米线图案化学计量氮化硅波导检测可见光和红外光子。在硅衬底上的绝缘体上使用氮化硅使我们能够同时实现可见光和红外线的光子电路，并将它们与纳米线检测器直接集成在芯片上。通过在该材料平台中实现行波检测器几何形状，我们实现了两种波长范围的高效单光子检测。我们的探测器是集成量子光学器件的理想选择，因为它们在宽带透明波导材料上提供了至关重要的功能。
2013-02-04 physics.optics quant-ph
Direct detection of quasiparticle tunneling with a charge-sensitive superconducting sensor coupled to a waveguide
本文提出一种基于超导量子比特直接耦合波导的准粒子探测器，通过相干散射测量准粒子数宇称，实现快速高信噪比探测，隧穿速率0.8–7 s⁻¹，时间分辨率低于10 μs。
2024-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-Hermitian scattering in SSH superconducting waveguides: exact Green-function reduction and dimerization-sensitive microwave functionalities
College of Physics and Materials Science, Tianjin Normal University（天津师范大学物理与材料科学学院）；Interdisciplinary center, Tianjin Normal University（天津师范大学交叉学科中心）
通过精确格林函数约化，将SSH波导环境整合为自能，统一处理非厄米散射、奇异点、相干完美吸收和激射阈值，并分析两种超导器件中的二聚化敏感微波功能。
2026-06-09 quant-ph
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
Generating Bell states and $N$-partite $W$ states of long-distance qubits in superconducting waveguide QED
本研究提出在超导波导QED系统中，通过参数选择和微波脉冲驱动，产生长距离量子比特的贝尔态和N部分W态，这些态作为暗态具有长寿命，可用于纠缠波导量子网络中的远距离节点。
2023-10-15 quant-ph
Hybrid quantum device based on NV centers in diamond nanomechanical resonators plus superconducting waveguide cavities
我们提出并分析了一种混合器件，它是将一个具有单个内建氮空位（NV）中心自旋的微尺度金刚石梁集成到超导共面波导（CPW）腔中。我们发现在交流电场作用下，金刚石光束的量子化运动可以通过介质相互作用与单腔光子发生强耦合。与经由大磁场梯度的强自旋-运动相互作用一起，它提供了一种混合量子器件，其中金刚石谐振器可以强耦合到单个微波腔光子和单个NV中心自旋。这使得通过机械暗极化激元的NV自旋和CPW腔之间的相干信息传输和有效耦合成为可能。这种混合自旋机电装置，与外部场的可调谐耦合，提供了一个现实的平台，实现量子信息与单NV自旋，金刚石机械谐振器，和单微波光子。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Matrix of integrated superconducting single-photon detectors with high timing resolution
我们展示了一个大的网格上的单个芯片上的可寻址超导单光子探测器。每个探测器元件都完全集成到一个独立的波导电路中，在电信波长上具有定制功能。通过直接在绝缘体上硅波导的顶部上制造行波几何形状的纳米线检测器来实现高器件密度。我们的超导单光子探测器矩阵包括针对高探测效率、低暗计数率和高定时精度而优化的探测器设计。作为一个例子，我们利用一个特别短的纳米线设计的高定时分辨率，以解决个别光子往返在硅环谐振器的腔衰荡测量。
2013-02-05 physics.optics quant-ph
Waveguide Quantum Electrodynamics with Giant Superconducting Artificial Atoms
光-物质相互作用的模型通常会调用偶极近似，其中原子被视为点状物体，与它们相互作用的电磁模式的波长相比。然而，当原子的尺寸和模式波长之间的比率增加时，偶极近似不再成立，原子被称为“巨原子”。到目前为止，在巨原子体系中使用固态设备的实验研究仅限于耦合到短波长表面声波的超导量子比特，仅探测原子在单一频率下的特性。在这里，我们采用了另一种架构，实现了一个巨大的原子耦合小原子的波导在多个，但分离，离散的位置。我们实现的巨原子，使可调谐的原子波导耦合与大的开关比和耦合光谱，可以通过设备设计工程。我们还证明了多个巨原子之间的退相干自由的相互作用，介导的准连续谱的模式在波导-一种效果，是不可能实现与小原子。这些功能允许这种架构中的量子位在原位在受保护和发射配置之间切换，同时保留量子位-量子位相互作用，为高保真量子模拟和非经典巡回光子生成开辟了新的可能性。
2020-07-03 quant-ph
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
The dynamical Casimir effect in superconducting microwave circuits
本文从理论上研究了可调边界条件下超导微加工波导电路中的动态Casimir效应。我们提出了一种快速调制的边界条件，通过调谐所施加的磁通量通过超导量子干涉器件（SQUID），嵌入在波导电路。我们考虑两个电路：（i）对应于自由空间中的单个反射镜的开放波导电路，以及（ii）耦合到微加工波导的谐振器，其对应于自由空间中的单侧腔。通过计算产生的光子通量密度、输出场关联函数和正交压缩谱，分析了这两种情况下动态Casimir效应的性质。我们表明，这些属性的输出场表现出独特的签名的辐射由于动态卡西米尔效应，因此可以用于区分动态卡西米尔效应从其他类型的辐射在这些电路。我们还讨论了动态卡西米尔效应之间的相似性和差异，在谐振腔的设置，和泵浦光子的下转换参量振荡器。
2010-07-07 quant-ph
Watching a Superconducting Coplanar Waveguide Heat Up with a Single Color Center
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Physikalisches Institut (PHI)（物理研究所）；Institute for Quantum Materials and Technologies (IQMT)（量子材料与技术研究所）
利用金刚石中单个锡空位色心作为片上温度计，测量超导共面波导在微波和射频驱动下的加热效应，定义了量子节点的安全操作窗口。
2026-06-16 quant-ph
Controllable coupling between a nanomechanical resonator and a coplanar-waveguide resonator via a superconducting flux qubit
我们研究了由一个共面波导（CPW）谐振器和一个纳米机械谐振器（NAMR）组成的三重量子系统，其中通量量子比特与两个谐振器都有很大的失谐。通过幺正变换和二阶近似，我们得到了一个强的和可控的（即，磁场依赖）NAMR和CPW谐振器之间的有效耦合。由于强耦合，从共面波导谐振腔的电压涨落谱中可以观察到真空拉比分裂。我们进一步研究了单光子输运的性质，从反射率或等效的透射率推断。我们发现，反射率和相应的相移光谱都表现出由于真空拉比分裂的窄谱特征的双峰。通过调节外部磁场，反射率和相移可以分别从0变化到1和从$-π$变化到$π$。结果表明，这种混合量子系统可以作为量子路由器。
2015-09-22 quant-ph
Waveguide integrated low noise NbTiN nanowire single-photon detectors with milli-Hz dark count rate
超导纳米线单光子探测器由于其对电信波长光子的高探测效率而成为集成量子光子电路的理想匹配。量子光学技术还要求单光子探测具有低暗计数率和高定时精度。在这里，我们提出了非常低的噪声超导纳米线单光子探测器的基础上NbTiN薄膜图案直接在氮化硅波导的顶部。我们系统地研究了各种各样的检测器设计，并表征其检测噪声性能。毫赫兹暗计数率证明了在整个工作范围内的纳米线探测器，也具有低定时抖动。超低的暗计数率与我们的行波探测器几何结构固有的高探测效率相结合，产生了10^（-20）W/Hz^（1/2）水平的测量噪声等效功率。
2013-06-02 physics.optics quant-ph
Coherent output of photons from coupled superconducting transmission line resonators controlled by charge qubits
我们研究了微波光子在超导波导中传输的相干控制，该波导由耦合传输线谐振器组成，每个谐振器连接到一个可调电荷量子比特。虽然这些耦合线谐振器形成具有工程光子能带结构的人造光子晶体，但电荷量子位在低激发极限下共同表现为自旋波，这修改了带隙结构以减慢和停止微波传播。这里的概念性探索提出了一种基于片上电路QED的电磁控制量子器件，用于光子的相干操纵，例如通过泵浦人工原子进行布居数反转来动态创建来自波导的类激光输出。
2008-02-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Chiral SQUID-metamaterial waveguide for circuit-QED
超导超材料是由结构化的基本电路元件设计和制造的，它激发了电路量子电动力学（circuit-QED）中探索非常规量子现象的最新发展。提出了一种将一维约瑟夫森超材料设计为手征波导的方法，通过对其有效阻抗进行编程时空调制。调制电流的形式是行波，其相速度比微波光子的传播速度慢得多。由于布里渊散射过程，光子可以单向传播的非平凡光谱区域出现。考虑超导量子比特与这种超材料波导的耦合，我们分析了马尔可夫和非马尔可夫量子动力学，发现超导量子比特可以单向耗散光子。此外，我们表明，我们的建议可以扩展到级联的量子网络与多个节点，在远程量子比特之间的手征光子传输可以实现。我们的工作可能打开的可能性，利用SQUID超材料实现单向光子输运的电路QED平台。
2023-02-15 quant-ph
Power attenuation in millimeter-wave and terahertz superconducting rectangular waveguides: linear response, TLS loss, and Higgs-mode nonlinearity
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai)（高级研究院）
本研究通过建立超导波导功率衰减分析框架，揭示了TLS损耗和Higgs模非线性对毫米波和太赫兹波段衰减的影响，发现低温下TLS损耗显著并产生Higgs模峰值。
2026-02-19 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.ins-det
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
Charge-Noise Insensitive Chiral Photonic Interface for Waveguide Circuit QED
手征光子界面是一个量子系统，它具有向左和向右发射光子的不同概率。片上兼容的手性界面在光-物质相互作用的基础研究和量子信息处理的应用中都具有重要的意义。我们提出了这样一种基于超导电路的手征界面，它具有宽带宽、丰富的可调谐性和对制造变化的高容忍度。拟议的接口包括一个核心，使用库珀对盒（CPB）打破时间反演对称性，和两个超导transmons连接核心的方式让人想起一个巨大的原子波导。"transmons形成了一种与核心解耦的状态，类似于原子物理学的暗态，使整个界面对CPB电荷噪声不敏感。所提出的接口可以扩展到实现一个宽带全无源片上微波光子环行器。
2021-12-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Millimetre Wave Kinetic Inductance Parametric Amplification using Ridge Gap Waveguide
我们提出的超导脊隙波导（RGWG）的设计和模拟方法作为一个潜在的基础，毫米波动态电感行波参量放大器（KI-TWPAs）。超导RGWG的设计使用Ansys HFSS支持准TEM模式的传输在20至120 GHz的带宽与其内部尺寸优化与W波段矩形波导集成。描述了一种包含脊周期性扰动的阻抗加载行波结构的设计。介绍了一种在Keysight ADS中通过用户自定义元件模拟非线性动态电感的方法，得到了与功率相关的S参数和参数信号增益。具有30 nm NbTiN涂层和5 μ m导体间距的RGWG（对应于动力学电感分数$α\sim 60\%$）用于描述具有900个扰动的KI-TWPA，其等效于物理长度25 cm，通过4波混频（4 WM）在75- 110 GHz带宽上实现超过10 dB的信号增益。
2022-09-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Microwave Control of the Tin-Vacancy Spin Qubit in Diamond with a Superconducting Waveguide
本文采用超导共面波导对应变SnV色心进行低损耗微波自旋控制，结合哈密顿量分析实现毫秒级相干时间，并发现可作为量子存储器的邻近13C自旋。
2024-03-01 quant-ph
Quantum refrigeration powered by noise in a superconducting circuit
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种新型量子热机，利用噪声辅助的量子输运为稳态制冷机供能，通过超导人工分子与微波波导的对称性选择性耦合，实现热机在不同温度热库间的热流控制。
2024-03-05 quant-ph
Hybrid Atom--Photon Quantum Gate in a Superconducting Microwave Resonator
利用超导共面波导腔中原子和微波光子之间的强共振微波耦合，提出了一种新的混合量子门.使用实验上可实现的参数，对于低于40 mK的波导温度，在亚$μ$ s的时间尺度上，门结晶度$> 0.99$是可能的。这提供了在两个不同的量子系统之间产生纠缠的机制，并且代表了创建适用于量子模拟和量子信息处理的混合量子接口的重要步骤。
2013-12-18 physics.atom-ph quant-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
Operating Single-Photon Circulator by Spinning Optical Resonators
提出一种基于双谐振器与双波导耦合系统的四端口单光子环形器，通过调控谐振器角速度实现多频点光子环行、完全路由及恢复缺陷抑制的环行。
2024-06-26 quant-ph
Controllable scattering of photons inside a one-dimensional resonator waveguide
我们分析了光子的相干输运，光子在一维耦合谐振腔波导（CRW）中传播，并被位于CRW内部的可控二能级系统散射。我们的方法，它使用离散坐标，统一的“低”和“高”能量有效理论的单光子散射。我们证明了可控二能级系统可以作为光子相干输运的量子开关。这一研究可能会启发新的电光单光子量子器件。我们也提出了一个基于超导传输线谐振器和量子比特的实验装置
2008-09-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Input-output theory for waveguide QED with an ensemble of inhomogeneous atoms
我们研究了波导量子电动力学中出现的集体效应，其中几个（人工）原子耦合到一维超导传输线。由于单个微波光子可以沿着这条线无损耗地传播很长一段距离，因此一个原子发射的实光子和虚光子可以被另一个原子重新吸收或散射。根据原子之间的距离，这种集体效应可以导致超辐射和亚辐射，或者导致原子之间的相干交换型相互作用。改变人造原子的跃迁频率，这可以很容易地用超导量子比特（两级人造原子）完成，相当于改变原子-原子分离，从而打开了研究这些集体效应特征的可能性。为了研究这种波导量子电动力学系统，我们扩展了以前的工作，并提出了一个有效的主方程适用于一个相干态驱动的非均匀原子系综。使用输入-输出理论，我们计算分析和数值的弹性和非弹性散射，并显示这些数量如何揭示集体效应的信息。这些理论结果与最近使用transmon量子比特耦合到超导一维传输线的实验结果一致[A.~ F.~ van Loo { \it等人}]。
2014-01-06 quant-ph
Superconducting flux qubit with ferromagnetic Josephson $π$-junction operating at zero magnetic field
本文提出并实现了一种基于铁磁Josephson π结的零磁通偏置超导磁通量子比特，其微秒级寿命受限于铁磁层准粒子激发，为开发利用铁磁与超导相互作用的量子器件铺平了道路。
2024-10-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Waveguide quantum electrodynamics: collective radiance and photon-photon correlations
本文介绍了波导量子电动力学（WQED）的新兴领域有关的相互作用的光子在波导中传播的局域量子发射器。与独立发射体的情况相比，集体发射体-光子相互作用可以导致增强和抑制的耦合。在这里，我们专注于引导光子和有序阵列，导致超辐射态和亚辐射态，束缚光子态和量子关联与有前途的量子信息应用。我们强调了最近用不同的量子平台进行的突破性实验，包括冷原子，超导量子位，半导体量子点，量子固态缺陷，我们提供了一个全面的理论技术介绍，以研究这些发射体和波导中光子的相互作用和动力学。
2022-10-05 physics.optics quant-ph
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
