Microwave Down-Conversion with an Impedance-Matched $Λ$ System in Driven Circuit QED
通过驱动一个色散耦合的量子比特谐振器系统，我们实现了一个“阻抗匹配”的$Λ$系统，该系统具有两个相同的辐射衰减率，并与半无限波导相互作用。据预测，从波导输入的光子确定性地诱导在系统中的拉曼跃迁，并切换其电子状态。我们确认这一点，通过微波响应一个连续的探测场，观察近乎完美的（$99.7\%$）消光的反射和高效的（$74\%$）频率下转换。这些原理证明的结果导致材料量子比特和微波光子之间的确定性量子门，并打开了可扩展的量子网络与波导光子互连的可能性。
2014-05-22 cond-mat.supr-con physics.atom-ph quant-ph
Broadband quantum memory in a cavity via zero spectral dispersion
我们寻求设计实验可行的宽带，时间复用的光量子存储器与短期应用到电信频段。具体而言，我们设计的阻抗匹配的窄带量子存储器的色散补偿，通过利用拉曼过程超过两个三能级原子子系综，一个用于存储器和其他的色散补偿。色散补偿在超过全腔线宽的范围内提供阻抗匹配。与一秒自旋相干寿命相结合，存储器能够具有超过90%的功率效率，从而导致用于时间复用的106种模式。我们的设计可能会导致显着的多路复用增强量子中继器用于电信量子网络。
2021-06-30 quant-ph
Externally mode-matched cavity quantum electrodynamics with charge-tunable quantum dots
我们提出了一个电荷和DC斯塔克可调谐量子点嵌入在一个高质量和外部模式匹配的微腔的相干反射光谱。在单电子带电的量子点中加入激子，形成了一个与微腔相互作用的激子，该激子的作用刚好低于腔量子电动力学的强耦合机制。这种集成的单片系统是实现可扩展的混合量子信息方案的关键一步，该方案基于单个光子和受限电子自旋之间的有效相互作用。
2009-02-18 quant-ph
Strong Coupling Cavity QED with Gate-Defined Double Quantum Dots Enabled by a High Impedance Resonator
腔量子电动力学（QED）的强耦合极限意味着类物质量子系统能够在共振结构中相干地将单个激发转换为单个光子。这不仅使量子信息处理所需的基本过程成为可能，而且还允许对物质-光相互作用进行基础研究。在这项工作中，我们证明了在栅极失谐GaAs双量子点（DQD）和频率可调高阻抗谐振器实现使用超导量子干涉器件（SQUID）阵列的电荷自由度之间的强耦合。在谐振制度中，我们解决了真空拉比模式分裂的大小$2g/2π= 238$ MHz的谐振器线宽$κ/2π= 12$ MHz和DQD电荷量子比特退相率的$γ_2/2π= 80$ MHz独立提取的微波光谱中的色散制度。我们的测量结果表明，一个可行的路径使用基于电路的腔QED的半导体纳米结构中的量子信息处理。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Squeezed Optomechanics with Phase-matched Amplification and Dissipation
我们研究了光机械系统（OMS）中压缩腔模和机械模之间的非线性相互作用，使我们能够选择性地获得辐射-压力耦合或参数放大过程。腔模的压缩可以增强相互作用强度，使其进入单光子强耦合区，即使OMS原本处于弱耦合区。此外，通过引入宽带压缩真空，与压缩腔模的参量放大相位匹配，可以完全抑制压缩模的噪声。该建议提供了一种使用压缩腔模式控制OMS的替代方法，该方法应允许使用当前可用的光机械技术实现单光子量子过程。潜在的应用范围从工程单光子源到非经典声子态。
2015-03-05 quant-ph
High-Efficiency Tunable Microwave Photon Detector Based on a Semiconductor Double Quantum Dot Coupled to a Superconducting High-Impedance Cavity
École Polytéchnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；University of Basel（巴塞尔大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Lund University（隆德大学）
本文提出一种高效微波光子探测器，利用半导体双量子点与超导高阻腔耦合，实现接近70%的单光子探测效率，展示了在3-5.2 GHz范围内系统的高效性，为量子微波光学和混合量子信息技术提供了新平台。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient cavity-assisted storage of photonic qubits in a solid-state quantum memory
本文提出在阻抗匹配腔增强的固态AFC量子存储器中实现单光子水平弱相干脉冲和时间仓量子比特的高效存储，分别达到62%和51%的效率，为当前固态量子存储最高水平。
2024-10-23 quant-ph
Broadband SNAIL parametric amplifier with microstrip impedance transformer
约瑟夫森参量放大器是一种很有前途的量子信息处理和压缩量子态产生平台。行波和阻抗匹配参量放大器为多量子位超导电路的高保真单次读出提供宽带宽。本文提出了一种基于超导非线性非对称电感元件（SNAIL）的量子限幅三波混频参量放大器，该放大器采用基于微带传输线的两段式阻抗匹配电路来提高其有效带宽。使用具有268个约瑟夫森结的67个SNAIL的阵列来增加放大器的动态范围，形成非线性四分之一波长谐振器。在电流泵浦模式下工作，我们实验证明了$17 dB$在整个$300 MHz$带宽上的平均增益，以及$- 100 dBm$的平均饱和功率，其可以高达$- 97 dBm$，具有量子限制的噪声性能。此外，该放大器可以使用简单的技术制造，只需一个电子束光刻步骤。它的中心频率被调谐到几百兆赫以上，这反过来又将有效工作带宽扩展到$1.5 GHz$左右。
2022-10-27 quant-ph
Cavity-enhanced storage in an optical spin-wave memory
我们报告的实验演示的光学自旋波存储器，原子频率梳（AFC）计划的基础上，存储效率大大提高了光学腔。该腔是低精细度，但在阻抗匹配制度，以实现高吸收，在我们的本质上低吸收的Eu 3+：Y2SiO5晶体。对于存储的光脉冲作为光激励（AFC回波），我们达到53%和28%的效率为2和10微秒的延迟，分别。对于一个完整的AFC自旋波存储器，我们达到了12%的效率，包括自旋波退相，这是一个12倍的增加，相对于以前的结果在这种材料。这一结果是在量子中继器和量子网络的背景下，实现基于自旋波的高效和长寿命量子存储器目标的重要一步。
2014-04-14 quant-ph
Noise-Aware Entanglement Generation Protocols for Superconducting Qubits with Impedance-Matched FBAR Transducers
本文利用扩展BVD模型优化FBAR压电光机械换能器的转换效率与附加噪声，并据此计算单/双光子纠缠预示协议的保真度，理论预测在中等泵浦功率下可实现大于160 kHz的纠缠生成速率和大于90%的保真度，为超导量子比特量子网络的近期实现提供了直接指导。
2025-09-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-assisted homodyne detection with a single photodiode
Institute for Applied Physics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学应用物理研究所）；Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学中心）
本文提出腔辅助零差检测方法，可在适中本地振荡器功率下实现近1的信号传输效率，抑制技术本地振荡器边带，解决了高带宽下平衡零差检测的匹配难题。
2026-08-28 quant-ph
Elucidating mechanism of optical cavities in superconducting strip single photon detectors using transmission line and impedance models
Graduate School of Engineering, Tohoku University（东北大学大学院工学研究科）
本文通过传输线和阻抗模型分析了超导条单光子探测器中光学谐振腔的吸收机制，比较了不同谐振腔结构的理论计算与数值模拟结果，发现两者接近，并提出阻抗匹配设计概念适用于其他超导探测器。
2026-04-28 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Proposal for a coherent quantum memory for propagating microwave photons
我们描述了一种用于传播微波光子的多模量子存储器，其将固态自旋系综共振耦合到频率可调谐的单模微波腔。我们首先表明，高效率的映射的量子态由一个自由光子传输到自旋系综是可能的强耦合和弱耦合之间的腔模和自旋系综。我们还表明，即使在弱耦合极限单位效率和忠实的检索可以通过时间反演非均匀退相自旋回波技术的基础上获得。这是可能的，只要包含自旋系综的腔和传输线是阻抗匹配的。最后，我们讨论了使用稀土掺杂晶体耦合到超导谐振器的实验实施的前景。
2013-01-09 quant-ph
Improved Light-Matter Interaction for Storage of Quantum States of Light in a Thulium-Doped Crystal Cavity
设计并实现了一种基于掺铥Y-$_3$-Al-$_5$-O $_{12}$（Tm：YAG）晶体的单块谐振腔的793 nm波长光子的原子频率梳量子存储器。近似阻抗匹配导致在500 MHz带宽上吸收大约$90\%$的输入光子和（27.5 $\pm$ 2.7）%的存储器效率。腔增强导致在使用量子存储器协议的Tm掺杂晶体中的先前效率的显著改善。反过来，这使我们第一次能够在这样的存储器中存储和回忆光的量子态。我们的研究结果表明，在量子网络中有效和忠实地存储具有大时间带宽积和多模容量的单光子量子比特方面取得了进展。
2020-01-30 physics.optics quant-ph
Dispersive measurement of a semiconductor double quantum dot via 3D integration of a high-impedance TiN resonator
半导体量子点中的自旋由于其异常长的相干时间而成为低温量子处理器的候选者。缩放量子点自旋量子位的一个主要挑战是密集布线要求，这使得很难想象制造纠错所需的最近邻耦合量子位的大型阵列。我们描述了一种方法来解决这个问题，通过使用高阻抗超导谐振器与二维网格单元格面积为$0.16~\text{mm}^2$，使用三维积分的量子位间隔。为了证明这种方法的可行性，我们展示了三维集成的高阻抗TiN谐振器耦合到一个双量子点的Si/SiGe异质结构。使用的谐振器作为一个分散的门传感器，我们调整设备的单电子制度的SNR = 5.36限制的谐振点电容。点和谐振器系统的表征表明，可以进行这种集成，同时保持量子点的低电荷噪声度量，并提高超导谐振器（$Q_L = 2.14 \times 10^4$）的负载品质因数，从而实现高灵敏度电荷检测和高保真度2-qubit门的潜力。该工作为二维量子点量子比特阵列的腔介导相互作用铺平了道路。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Programmable cavity-enhanced telecom quantum memory in thin-film lithium niobate
Nanjing University（南京大学）
本文提出一种基于薄膜铌酸锂的可编程腔增强量子存储器，实现了高效的电信频段存储与快速光谱控制，展示了高对比度原子频梳的制备及量子纠缠验证。
2026-07-16 physics.optics quant-ph
Coupling a superconducting quantum circuit to a phononic crystal defect cavity
将纳米级机械谐振器与微波量子线路连接起来，为存储、处理和传输量子信息开辟了新的途径。在这项工作中，我们将声子晶体腔耦合到可调谐超导量子线路。通过制造一个一维的周期性图案的锂的薄膜的钛酸盐，并在这个人工晶格中引入一个缺陷，我们本地化的6千兆赫的声学共振的波长尺度体积小于一立方微米。锂的强压电性有效地将局部振动耦合到宽可调谐高阻抗约瑟夫森结阵列谐振器的电场。我们测量了直接的声子-光子耦合率$g/2π\approx 1.6 \, \mathrm{MHz}$和机械品质因数$Q_\mathrm{m} \approx 3 \times 10^4$，导致当两个模式被调谐到共振时的协同性$C\sim 4$。我们的工作直接应用于工程混合量子系统的微波到光转换以及新兴的架构量子信息处理。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient quantum memory using a weakly absorbing sample
通过将具有10%单程吸收的样品封闭在阻抗匹配腔中来进行具有总（存储和检索）效率$η=58 \pm 5%$的光存储实验。实验采用原子频率梳（AFC）技术在掺镨晶体（$0.05%Pr^{3+}:Y_2SiO_5$）中进行，并通过在晶体表面反射涂层产生谐振腔。到目前为止，AFC技术已经证明了实验测试的所有量子存储器概念的最高多模容量。我们声称，目前的工作表明，它是现实的，以创造高效的，按需的，长存储时间的AFC存储器。
2013-01-03 physics.atom-ph quant-ph
Cavity-mediated electron-photon pairs
推进量子信息、通信和传感依赖于互补自由度中量子关联的产生和控制。在这里，我们演示了利用自由电子与基于光子芯片的光学微谐振器的倏逝真空场的相位匹配相互作用来制备电子-光子对态。自发的非弹性散射产生与能量移动的电子一致的腔内光子。利用这些对相关增强成像，我们实现了两个数量级的对比度改善腔模式映射符合门控电子能谱。这种参数对态的制备将支撑自由电子量子光学的未来发展，为量子增强成像、电子-光子纠缠以及预示着的单电子和Fock态光子源提供途径。
2022-03-01 physics.ins-det physics.optics quant-ph
