Role of relaxation in the quantum measurement of a superconducting qubit using a nonlinear oscillator
我们分析了测量过程中超导磁通量子比特的弛豫。量子比特状态的测量与非线性振荡器驱动跨越阈值的分叉，作为一个开关色散检测器。该读出方案是量子非破坏型的。两个连续的读出用于分析测量期间量子比特和检测器的演化。我们引入一个简单的跃迁率模型来描述量子比特弛豫和探测器切换过程。校正量子位弛豫后，读出保真度至少为95%。量子比特弛豫强烈地依赖于驱动强度和振子的状态。
2008-09-30 cond-mat.supr-con
High Fidelity Qubit Readout with the Superconducting Low-Inductance Undulatory Galvanometer Microwave Amplifier
描述了基于超导低电感波动电流计（SLUG）的微波放大器对超导量子比特的高保真色散测量。与最先进的HEMT放大器相比，SLUG放大器的增益达到19 dB，信噪比提高9 dB。我们证明了在700 ns的分离保真度为99%相比，59%的HEMT单独。SLUG显示了大的动态范围，输入饱和功率对应于读出腔中的700个光子。
2013-12-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Quasiparticle Quality Factors in Superconducting Resonators: Effects of Bath Temperature and Readout Power
School of Integrated Circuits, Tsinghua University（清华大学集成电路学院）；Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室）；Clarendon Laboratory（克拉伦登实验室）；James Watt School of Engineering, University of Glasgow（格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院）
研究超导谐振腔在低温下品质因数偏离标准预测的原因，提出基于修改后的Rothwarf-Taylor方程的宏观模型，明确品质因数、浴温与读出功率之间的关系。
2026-05-09 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Multiplexed dispersive readout of superconducting phase qubits
介绍了一种超导相位量子比特的频率复用读出方案。使用具有四个相位量子比特的量子线路，我们将每个量子比特耦合到单独的集总元件超导读出谐振器，读出谐振器并联连接到单个测量线。读出谐振器和控制电子器件的设计使得所有四个量子位可以在一条测量线上使用频率复用同时读出。这项技术提供了一种高效、紧凑的方法来读出多个量子位，这对于扩展到更大数量的量子位是一个显著的优势。
2012-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Frequency-Multiplexed bias and readout of a 16-pixel Superconducting Nanowire Single-Photon Detector Array
我们展示了一个16像素阵列的射频超导纳米线单光子探测器与集成和可扩展的频分复用架构，减少了所需的偏置和读出线到一个单一的微波馈线。讨论了嵌入在谐振电路中的光子敏感纳米线的电学行为，以及单个探测器的光学性能和定时抖动。除了单像素测量，我们还演示了16像素阵列的时间，空间和光子数分辨率的操作。
2017-04-28 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Single-shot readout of a superconducting flux qubit with a flux-driven Josephson parametric amplifier
本文报道了利用磁通驱动约瑟夫森参量放大器（JPA）实现超导磁通量子比特的单次读出。在优化读出功率、JPA增益和数据采集时间后，我们观察到了对比度为74%的拉比振荡，这主要受到JPA带宽和量子比特能量弛豫的限制。在连续监测下观察到的量子比特本征态之间的量子跳跃表明读出方案的非破坏性。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nondestructive readout for a superconducting flux qubit
我们提出了一种新的读出方法的超导磁通量子比特，基于测量的约瑟夫森电感的超导量子干涉装置，电感耦合到量子比特。本征通量检测效率和反作用适合于量子位的量子态的快速和非破坏性确定，如在量子计算机中读出多个量子位所需的。我们对通量量子比特进行了光谱分析，并测量了80 $μs$量级的弛豫时间。
2004-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Mesoscopic Shelving Readout of Superconducting Qubits in Circuit QED
提出了一种测量片上微波谐振器中超导量子比特内部状态的方法。我们表明，一个量子比特状态可以与越来越大的腔相干场的产生，而另一个仍然与真空。通过用常规设备测量出射谐振器场，可以实现有效的单次QND样量子位读出，从而能够在用于捕获离子的电子搁置技术的精神下实现高保真度测量。我们期望所提出的想法可以适用于不同的超导量子位设计，并有助于进一步提高量子位读出保真度。
2009-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Flip-chip-based fast inductive parity readout of a planar superconducting island
本文提出一种基于倒装芯片和微波谐振器的超导岛奇偶性快速非破坏性读出方法，实现了SNR≈3、保真度超98%的实时测量，为混合量子比特读出提供新方案。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Flux Qubits and Readout Device with Two Independent Flux Lines
本文报道了耦合到超导量子干涉仪（SQUID）读出器上的两个超导磁通量子比特的测量结果。两个芯片上的通量偏置线允许三个元件中的任何两个元件的独立通量控制，如二维量子位通量图所示。微波的应用产生单量子位激发态的1-和2-光子驱动的频率-通量色散曲线，并且单量子位态的相干操纵导致拉比振荡和拉姆齐条纹。这种架构应该可以扩展到单个芯片上的许多量子位和SQUID。
2005-01-29 cond-mat.supr-con
Characterization of an entangled system of two superconducting qubits using a multiplexed capacitance readout
我们描述了一对库珀对盒耦合固定电容使用光谱和测量的基态量子电容。我们使用提取的参数来估计两个量子比特之间的纠缠度或纠缠度。我们还提出了一个多路复用的量子电容测量技术，这是在原则上可扩展到一个大的超导量子位阵列的彻底演示。
2008-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Single-sideband modulator for frequency domain multiplexing of superconducting qubit readout
我们介绍了一种与低温微波电路兼容的超导单边带调制器，并对其进行了实验表征，提出了将其用于超导量子比特读出的频域复用。构成该器件的单片单正交调制器由纯电抗元件（电容器和约瑟夫森结电感器）构成，不需要微波频率控制音。功率高达-85 dBm的4至8 GHz频带的微波信号在频率上被向上或向下转换多达120 MHz。对于选定的探头和调制频率，器件中的杂散谐波可抑制高达25 dB。
2017-05-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Readout error mitigated quantum state tomography tested on superconducting qubits
本文提出结合QST与QDT的超越经典读出误差缓解协议，并在超导量子比特上验证其对多种实际噪声源的保真度改善效果。
2024-07-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit simulation of readout process toward large-scale superconducting quantum circuits
针对器件参数波动影响大规模超导量子电路保真度的问题，提出基于传统 SPICE 的经典电路仿真方法，可在普通笔记本上评估万量子比特电路性能。
2025-07-27 cond-mat.supr-con quant-ph
State Readout of a Trapped Ion Qubit Using a Trap-Integrated Superconducting Photon Detector
我们报道了一种利用集成陷阱的光子探测器实现的囚禁离子量子比特的高保真状态读出。我们确定了一个单一的$^9$ Be $^+$离子的超精细量子位态的表面电极射频离子阱的陷阱结构与超导纳米线单光子探测器（SNSPD）制作的状态依赖的离子荧光光子计数。平均读出保真度为0.9991（1），平均读出持续时间为46 $μ$ s，并且受到读出激光束的偏振杂质和非共振光泵浦的限制。由于在离子和探测器之间没有介入光学元件，我们可以使用离子荧光作为自校准光子源来确定探测器量子效率及其对光子入射角和偏振的依赖性。
2020-07-31 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Model-based Optimization of Superconducting Qubit Readout
针对超导量子比特测量误差高的问题，提出基于模型的读出优化方法，在17比特同步中段测量中实现1.5%单比特误差、500ns耗时，抑制测量诱导态跃迁，可扩展至数百比特以提升纠错码和近期应用性能。
2024-02-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Amplitude-Multiplexed readout of single photon detectors based on superconducting nanowires
实现大规模的光子电路用于电信波段的量子光学实验，需要越来越多的集成探测器。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）可以方便地集成在芯片上，并且可以有效地探测波导内传播的光。由于读出电子器件的热影响，低温恒温器的热预算限制了可以集成在同一芯片上的元件的最大数量。在本文中，我们提出并实现了一种新的方案，能够有效地读取几个SNSPD只有一个读出端口，使光子电路的实现具有大量的模式。
2018-11-29 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Readout failures in superconducting qubits due to TLS-defects in tunnel junctions
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
本研究针对transmon量子比特隧道势垒中的强耦合TLS，采用多光子光谱学与TLS应变调谐技术，发现其与读出腔的强共振耦合会引发频率偏移破坏读出信号，揭示了材料缺陷阻碍固态量子处理器实现的新机制。
2026-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum non-demolition dispersive readout of a superconducting artificial atom using large photon numbers
读出超导人造原子的状态通常依赖于与读出谐振器的色散耦合。对于给定的系统噪声温度，增加谐振器中的循环光子数$\bar{n}$使得能够实现更短的测量时间，并且因此预期减少由自发原子跃迁引起的读出误差。然而，通常观察到增加$\bar{n}$也会增加这些转变速率。在这里，我们提出了一个fluxonium人工原子，在其中，我们测量的前两个状态之间的过渡率作为$\bar{n}$的函数的整体平坦的依赖性，高达$\bar{n}\approx200$。尽管我们观察到色散位移随着读出功率的增加而预期减小，但信噪比随着$\bar{n}$的增加而不断提高。即使不使用参量放大器，在$\bar{n}=74$，我们测量的反馈辅助接地和激发态准备，分别为99%和93%的结晶度。
2020-11-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Characterization of Broadband Purcell Filters with Compact Footprint for Fast Multiplexed Superconducting Qubit Readout
提出一种小尺寸宽带 Purcell 滤波器，在 0.29 mm² 内实现超过 790 MHz 带宽，并可将量子比特寿命提升逾 5000 倍，适用于快速多路复用超导量子比特读出。
2023-12-27 cond-mat.supr-con quant-ph
The thermally-coupled imager: A scalable readout architecture for superconducting nanowire single photon detectors
虽然超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是量子光学，计量学和天文学的一种有前途的技术，但它们目前缺乏可扩展到百万像素制度及更高级别的读出架构。在这项工作中，我们已经设计并证明了这样的SNSPD架构，称为热耦合成像器（TCI）。TCI使用飞行时间延迟线和热耦合的组合来创建可扩展的架构，该架构可以扩展到大阵列尺寸，允许相邻检测器独立操作，并且无论阵列的大小如何，都只需要四条微波读出线即可操作。我们给出了一个概述的架构功能，并证明了概念验证$32\times32$成像阵列。该阵列能够在373 nm处成像自由空间聚焦光斑，在9.6 Mcps处计数，并以大于99.83%的可分辨性分辨光子位置。
2021-12-09 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Josephson parametric phase-locked oscillator and its application to dispersive readout of superconducting qubits
参量锁相振荡器（PPLO），也称为参变管，是一种谐振电路，其中一个电抗被周期性调制。它可以检测、放大和存储自激振荡两个不同相位形式的二进制数字信号。事实上，使用基于磁性铁氧体环或变容二极管的PPLO作为其基本逻辑元件的数字计算机在20世纪50年代和60年代成功运行。最近，已经在机电谐振器中证明了基本的位操作，并且已经提出了基于光学PPLO的伊辛机。在这里，使用PPLO实现与约瑟夫森结电路，我们演示了微波信号的解调数字调制的二进制相移键控。此外，我们将这种解调能力应用于超导量子比特的色散读出。这种读出方案能够实现快速和锁存型读出，但在量子位耦合到的谐振器中仅需要少量的读出光子，因此具有几种不同方案的组合优势。我们已经实现了高保真度，单次和非破坏性的量子位读出，拉比振荡对比度超过90%，主要受量子位能量弛豫的限制。
2014-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Scalable readout interface for superconducting nanowire single-photon detectors using AQFP and RSFQ logic families
我们提出了一个可扩展的超导纳米线单光子探测器（SSPD）阵列的读出接口，我们称之为AQFP/RSFQ接口。该接口由绝热量子通量参量（AQFP）和快速单通量量子（RSFQ）逻辑系列组成。AQFP部分通过单根电缆读出SSPD阵列的空间信息，RSFQ部分通过单根电缆读出时间信息。由于RSFQ部分的操作中的低定时抖动，混合接口具有高时间分辨率。此外，由于AQFP器件工作时的电源电流较低，混合接口实现了高电路可扩展性。因此，混合接口适合于处理多像素SSPD阵列。我们演示了一个四像素的SSPD阵列使用的混合接口作为概念证明。测试结果表明，该混合接口能够以较低的误码率和较低的时序抖动读出所有像素。
2020-05-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Mutual Inductance Sensing SQUID: Cryogenic microcalorimeter based on mutual inductance readout of superconducting temperature sensors
Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) Braunschweig（德国联邦物理技术研究院（不伦瑞克））
提出基于互感读出的新型SQUID微 calorimeter，利用超导体接近临界温度时磁渗透深度的强温度依赖性，实现高能分辨率的X射线光谱检测。
2026-04-28 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Dispersive measurements of superconducting qubit coherence with a fast, latching readout
“quantronium”是一种超导量子比特，由一个分裂的库珀对盒组成，其中插入了一个大的隧道结。该电路具有一个特殊的偏置点，在该点处，拉莫尔频率对偏置参数的波动（箱岛的电荷和大结的相位）不敏感。在这个最佳工作点，量子位的状态可以通过色散测量来确定，色散测量探测状态能量相对于这些偏置参数的二阶导数。我们使用量子相位自由度进行非线性，色散测量其感应响应，使用分叉放大。这种新颖的读出在几纳秒内投射出量子比特的状态，其锁存特性使我们能够在几百纳秒内记录下结果信息。我们用这种技术测量了拉比振荡和拉姆齐条纹，改善了信噪比和对比度。这种新的读出方案的速度也为一类新的实验打开了大门，这些实验将表征与测量协议相关的弛豫过程。
2005-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
High-contrast dispersive readout of a superconducting flux qubit using a nonlinear resonator
我们展示了超导磁通量子比特的高对比度状态检测。基于SQUID，通过探测非线性谐振器的微波传输来实现检测。根据谐振器的驱动强度，检测器可以工作在单稳态或双稳态模式。双稳态操作结合了高灵敏度和固有锁存。拉比振荡的测量对比度高达87%;在丢失的13%中，只有3%无法解释。涉及两个连续检测脉冲的实验与通过第一测量制备量子比特状态一致。
2006-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Approaching Unit Visibility for Control of a Superconducting Qubit with Dispersive Readout
在超导量子比特的拉比振荡实验中，我们表明量子比特激发态布居的可见性可以达到90%以上。我们通过将量子比特非共振地耦合到传输线谐振器并探测谐振器的透射谱来执行量子比特状态的色散测量。测量过程被很好地表征和定量地理解。在测量Ramsey条纹时，量子比特的相干时间大于500 ns。
2005-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Generation of squeezed states of microwave radiation in a superconducting resonant circuit
高质量的超导振荡器已经成功地用于与超导量子比特结合的量子控制和读出设备。此外，众所周知，压缩态可以将测量精度提高到亚量子或至少亚热水平。本文从理论上证明了如何在参数可调的超导振荡器中产生微波辐射的压缩态。通过控制电感耦合到振荡器的RF SQUID的状态，可以改变电路阻抗，从而改变谐振频率。通过在任意两个值之间反复移动谐振频率，即使当相对频率变化很小时，也可以在（0.1- 10）GHz范围内产生电磁场的压缩和亚热态。我们提出了实验方案，用于验证压缩态的产生，并使用它们来提高读出保真度时，这样的振荡器作为量子换能器。
2008-04-25 cond-mat.supr-con
Non-Invasive Readout of the Kinetic Inductance of Superconducting Nanostructures
本研究提出一种利用铌谐振器非侵入式探测铝环动力学电感的光谱技术，可关联谐振频移与超导态变化，为检测纳米器件相位滑移、研究库珀对密度提供新方法。
2024-05-20 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Frequency Division Multiplexing Readout and Simultaneous Manipulation of an Array of Flux Qubits
超导量子线路的一个重要的期望成分是读出方案，其复杂性不随着测量中涉及的量子比特的数量而增加。在这里，我们提出了一个读出方案，采用一个单一的微波线，这使得多个量子位的同时读出。因此，按比例放大超导量子位电路不再受到读出装置的限制。采用频分复用技术实现了6个通量量子比特的并行读出，以及3个量子比特的同时操作和时间分辨测量。我们将讨论如何将这种技术扩展到在芯片上读取数百个量子位。
2012-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson charge-phase qubit with radio frequency readout: coupling and decoherence
研究了基于超导单电荷晶体管插入低电感超导回路的电荷相位约瑟夫森量子比特。该回路电感耦合到射频驱动的储能电路，通过测量晶体管的有效约瑟夫森电感来实现量子比特状态的读出。由于电和磁控制线以及测量系统的量子比特退相和弛豫的效果进行了评估。给出了在产生最小退相干的魔点中量子比特操作的建议。
2003-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Entanglement Metrology Using a Joint Readout of Superconducting Qubits
多量子比特纠缠态的精确检测是量子计算实验发展的关键。传统上，纠缠量子比特之间的非经典相关性是通过计算单个量子比特的单次读出之间的重合来测量的。我们报告纠缠计量使用一个单一的检测通道，直接访问两个超导量子比特之间的整体平均相关性。在验证和校准这个联合读出之后，我们展示了按需产生的可分离和高度纠缠的两个量子比特状态的全量子断层扫描。使用完整断层扫描所需的测量的子集，我们执行纠缠计量的~95%的准确度和~98%的精度，尽管~10%的单次测量的保真度。对于高纠缠态，测量的Clauser-Horne-Shimony-Holt算符的最大值达到2.61+/-0.04，纠缠见证者给出了约88%的并发下限。在目前的形式下，这种探测器将能够解决未来两个量子比特纠缠产生的改进，并立即扩展到3或4个量子比特。
2009-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Feynman Path Integral Approach on Superconducting Qubits and Readout Process
本文介绍了一种利用量子力学和量子场论中的费曼路径积分概念精确分析超导量子比特中各种物理现象的新方法。讨论了三个具体问题，主要研究了相位量子比特中哈密顿量的赝基态的波函数和虚部能量，并利用t Hooft的瞬子模型估计了亚稳态的衰变率，从而估计了亚稳态的寿命。通过对Ginzburg-Landau自由能方程的精确分析，对相位量子比特的倾斜搓衣板势和电流进行了修正。在考虑实验误差的情况下，我们采用半经典近似的路径积分方法计算了电荷量子比特和磁通量子比特的能级和波函数的最佳值，并与WKB的结果进行了比较。最后，我们尝试更具体地研究了加入相互作用哈密顿量后哈密顿量谱随时间的演化，以获得高保真度的量子门。
2014-03-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Non-linearity in the system of quasiparticles of a superconducting resonator
我们在超导铝谐振器的准粒子系统中观察到一个强的非线性，这是由于吸收的读出功率导致的库珀对的断裂。我们观察到负反馈和正反馈效应，控制的失谐的读出频率，这是能够改变弛豫时间的准粒子的一个因素大于10。我们估计，该设备的总非线性的（70+/-5）%是由于准粒子。
2021-02-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Lifetime renormalization of driven weakly anharmonic superconducting qubits: II. The readout problem
最近在超导量子比特系统中的实验已经显示出量子比特弛豫速率对读出驱动功率的意外的强依赖性。这种现象限制了最大测量强度，从而限制了可实现的读出速度和保真度。我们在这里解决这个问题，并提供了一个合理的机制弛豫率的驱动功率依赖。为此，我们通过第一部分中介绍的幺正变换技术引入了量子比特非谐性和驱动振幅的双参数微扰展开。这种方法自然地揭示了约瑟夫森势中的数量非守恒项作为一种基本机制，通过这种机制，施加的微波驱动可以激活额外的弛豫机制。我们提出了我们的结果在一个有效的主方程重整化状态和驱动依赖的过渡频率和弛豫速率。从这个有效的主方程的数值结果的比较，从Lindblad主方程，其中只包括数量守恒项（即克尔相互作用）的数值结果表明，数量非守恒项可以导致显着的驱动功率依赖的弛豫速率。这里介绍的系统展开技术是普遍适用于获得有效的主方程的驱动耗散量子系统，包含弱非线性自由度。
2019-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive readout of a flux qubit at the single photon level
超导通量量子位感应耦合到超导量子干涉装置（SQUID）磁力计，电容分流以形成1.294 GHz谐振器。量子位态依赖的谐振器频率用微波信号弱探测，并用微带SQUID放大器检测。在平均谐振器占用$\bar{n}$ = 1.5个光子时，读出可见度比使用低温半导体放大器的读出可见度增加4.5倍。随着$\bar{n}$从0.008增加到0.1，没有观察到$T_1$的减少，这可能能够连续监测量子位状态。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Trap-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors with Improved RF Tolerance for Trapped-Ion Qubit State Readout
本文提出在射频离子陷阱中集成带接地铝镜屏蔽的 NbTiN 超导纳米线单光子探测器，可在 54V 峰值射频电势和 6K 温度下以 68% 系统探测效率工作，为可扩展量子计算中多种囚禁离子的并行高保真态读出提供支持。
2023-02-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.atom-ph
Reducing the error rate of a superconducting logical qubit using analog readout information
针对传统量子纠错解码忽略模拟读出软信息的问题，实验将软信息纳入d=3比特翻转表面码解码，采用最小权重完美匹配和循环神经网络策略，使逻辑错误率降低6.8%，且具平台无关性并可缩短读出时长。
2024-08-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum state detection of a superconducting flux qubit using a DC-SQUID in the inductive mode
提出了一种超导磁通量子比特的读出方法。通过测量电感耦合直流超导量子干涉仪（DC-SQUID）的约瑟夫森电感，可以测量量子比特的量子通量状态。我们确定了DC-SQUID的响应函数及其在测量过程中对量子比特的反作用。由于驱动，量子位能量弛豫速率取决于在量子位拉莫尔频率和SQUID驱动频率的和频和差频处的测量电路噪声的谱密度。量子位退相速率与SQUID驱动频率处的电路噪声的谱密度成比例。反作用的这些特征与SQUID在通常的开关模式中使用时的情况有质的不同。对于一个特定类型的读出电路与可行的参数，我们发现，Single Shot读出超导磁通量子比特是可能的。
2004-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
High-fidelity qubit readout using interferometric directional Josephson devices
在高保真量子位读出方案中需要非互易微波器件，例如循环器和隔离器，以单向路由读出信号并保护量子位免受来自输出链的噪声的影响。然而，低温循环器和隔离器在可扩展的超导架构中是禁止的，因为它们依赖于磁性材料。在这里，我们执行一个快速（750 ns）高保真度（95%）的量子非破坏读出的相干超导量子比特（$T_{1}=52$ $μs$，$T_{\rm{2E}}=35$ $μs$）没有任何非互易磁性设备。我们采用在我们的读出链微波控制的量子位读出多芯片模块（qRMCM），集成了干涉定向约瑟夫森器件组成的隔离器和可重构的隔离器/放大器设备和片外低通滤波器。使用qRMCM，我们证明隔离高达45 dB的13 MHz内，当两个定向器件作为隔离器，和低噪声放大超过10 dB的$10$ MHz的动态带宽内，当可重构器件作为放大器操作。我们还证明了使用qRMCM的可变隔离，量子比特相干时间$T_{\rmφ}$和$T_{\rm{2E}}$的原位增强了两个数量级（即，从$T_{\rmφ}=T_{\rm{2E}}=0.5$ $μs$到$T_{\rmφ}=90$ $μs$和$T_{\rm{2E}}=50$ $μs$）。此外，通过直接比较qRMCM性能与采用一对宽带磁隔离器的最新配置（具有$T_{\rm{2E}}\approx 2T_{1}$），我们发现用qRMCM（其中$T_{\rm{2E}}\approx T_{1…
2021-09-29 cond-mat.supr-con 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
Volume dependence of microwave induced excess quasiparticles in superconducting resonators
本研究通过测量不同温度、读出功率和体积下超导谐振器的准粒子密度，发现微波功率在较小体积中产生更多准粒子，并指出未知间接机制主导该效应，为优化超导器件性能提供了方向。
2025-07-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Heralded state preparation in a superconducting qubit
我们展示了高保真度，量子非破坏性，单次读出的超导磁通量子比特中的指针状态分布可以解决到低于1000分之一。在弱激发状态下，连续测量允许使用预示以确保初始化到基准状态，例如基态。该程序通过抑制由于伪热布居引起的误差将读出保真度提高到93.9%。此外，预示可能实现简单、快速的量子位重置协议，而无需改变系统参数以诱导Purcell弛豫。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Continuous monitoring of a trapped, superconducting spin
固态系统中费米子自旋的读出和控制是量子信息处理和微观磁传感的关键基础。大多数费米子自旋的高度局域化性质使它们摆脱了寄生自由度，但使长距离互操作性难以实现。鉴于这一挑战，目前正在积极努力将费米子自旋与电路量子电动力学（cQED）相结合，cQED最初是在超导量子比特领域开发的，以实现单次量子非破坏（QND）测量和远程耦合。然而，由于难以将共振器耦合到由电荷限制电势捕获的粒子，因此使用cQED对单个自旋的单次读出仍然是难以捉摸的。在这里，我们展示了第一个单次拍摄，cQED读出一个单一的自旋。在我们的新的实现，自旋是一个单独的超导准粒子被困在半导体纳米线约瑟夫森元件的Andreev水平。由于纳米线内部的自旋-轨道相互作用，这种“超导自旋”直接决定了通过元件的超电流的流动。我们利用这种自旋相关的超电流来实现零场自旋分裂以及准粒子和超导微波谐振器之间的长程相互作用。由于在我们的设备中这种相互作用的强度，测量所得到的自旋相关的谐振器频率产生了在1.9 $μ$ s内具有92%保真度的QND自旋读数，并允许我们实时监测准粒子的自旋。这些结果为新的“费米子cQED”设备铺平了道路：超导自旋量子比特在零磁场下工作，设备中的自旋增强了对电路的治理，以及时域测量马约拉纳模式。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Phase-Coherent Dynamics of a Superconducting Flux Qubit with Capacitive-Bias Readout
本文系统地研究了超导三约瑟夫森结磁通量子比特的相位相干动力学。量子比特态的检测与积分脉冲的方法，这是一个变种的脉冲开关DC SQUID方法。在该方案中，DC SQUID偏置电流脉冲经由电容器而不是电阻器施加，从而产生窄带通而不是电磁环境的纯低通滤波器配置。用这两种设置测量同一个量子位可以进行直接比较。通过电容方法，实现了大约四倍的开关脉冲速度和增加的可见性。此外，有利于电磁环境的精心设计，其最小化由于偏置电路引起的噪声。在简并点处，量子比特的相干性受到能量弛豫的限制。我们发现两个主要的噪音贡献。白噪声限制了能量弛豫，并有助于远离简并点的退相。1/f噪声是在最佳点的直接附近的失相的主要来源。1/f噪声的影响也得到了Ramsey和自旋回波衰减迹线中的非随机跳动的支持。耦合量子位振荡器系统的数值模拟表明，这些拍频是由于量子位与至少一个点状波动器的共振相互作用，特别是强烈耦合到量子位。
2008-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Variable-frequency-controlled coupling in charge qubit circuits: Effects of microwave field on qubit-state readout
为了实现量子信息处理，通常使用微波场来操纵超导量子比特。我们研究了如何通过变频磁场控制超导电荷量子比特之间的耦合。我们还研究了微波场对电荷量子比特态读出的影响。电荷-量子比特态的测量可以用来证明光子的统计特性。
2007-03-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Cavity QED with separate photon storage and qubit readout modes
我们提出了实现腔量子电动力学设置，其中强烈不同的寿命的光子工程在不同的谐波模式相同的腔。我们在超导传输线谐振器中实现了这一点，超导量子比特耦合到不同的模式。一个腔模式强耦合到用于量子比特状态读出的检测线，而第二个长寿命模式用于光子存储和相干量子操作。我们演示了基于边带的光子相干性测量，n个光子Fock态的产生和边带Rabi频率与n的平方根的缩放，使用可以扩展到实现基于边带的双量子位逻辑门的方案。
2009-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
QND measurement of a superconducting qubit in the weakly projective regime
基于滞后约瑟夫森结的开关的量子态检测器被偏置接近其临界电流，使用简单，但具有强的反作用。我们表明，通过限制开关电压和使用快速低温放大器，可以大大减少DC开关检测器的反作用，从而可以在25 ns内以1 MHz的重复率完成单次读出而不损失对比度。基于两个连续读出的序列，我们表明，测量具有明确的量子非爆破字符，QND保真度为75%。
2010-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
