Implementing efficient selective quantum process tomography of superconducting quantum gates on the IBM quantum processor
选择性量子过程层析成像（SQPT）的实验实现涉及在称为量子2-设计状态的一组特殊状态的帮助下计算过程矩阵的各个元素。然而，从量子2-设计态准备输入态以选择性地和精确地计算过程矩阵的期望元素所需的实验设置的数量仍然很高，因此在实验室中构建相应的幺正运算是一项艰巨的任务。为了减少实验的复杂性，我们在数学上重新制定了标准的SQPT问题，我们称之为改进的SQPT（MSQPT）方法。我们设计了广义量子线路来准备所需的输入态集，并制定了一个有效的测量策略，旨在最大限度地减少SQPT的实验成本。我们在IBM QX 2云量子处理器上实验演示了MSQPT协议，并选择性地表征了各种两量子位和三量子位量子门。
2021-07-15 quant-ph
A context-aware gate set tomography characterization of superconducting qubits
量子表征、验证和确认（QCVV）协议的效率高度依赖于假设的噪声模型和底层错误机制之间的一致性。事实上，量子处理单元（QPU）中的错误包含了上下文可靠性的各个方面，这些方面被大多数常用的QCVV协议所忽视。由于QCVV协议在表征和评估量子操作时是不可或缺的，因此迫切需要考虑到这些方面的详细表征。在这项工作中，我们通过设计一个上下文感知版本的门集断层扫描（GST）协议来解决这些缺点。我们的实验选择方法是基于一个多项式量化的累积误差内的设计电路。使用模拟的QPU，我们表明，这种技术使一个不准确的表征达到$10^{-5}$。此外，我们使用我们提出的协议来实验推断上下文相关的错误，即串扰和记忆效应，在一个公开访问的基于云的超导量子位平台。我们的研究结果表明，当GST升级到包括上下文意识等功能，观察到一个大的一致性的错误。这些发现开辟了大幅减少当前演示的QPU中的错误的可能性。
2022-02-28 quant-ph
Quantum detector tomography of a high dynamic-range superconducting nanowire single-photon detector
我们演示和验证量子探测器断层扫描的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的多路复用方案，允许测量高达71000个光子每输入脉冲。我们重建了该器件在低光子数区的正算子值测度（POVM），并使用提取的参数来显示跨越器件整个动态范围的POVM。我们通过寻找亮态的平均光子数来验证这一点。我们的工作表明，一个可靠的量子描述的大规模SNSPD设备是可能的，并应适用于其他复用配置。
2021-04-19 physics.ins-det quant-ph
Quantum detector tomography of a 2x2 multi-pixel array of superconducting nanowire single photon detectors
我们展示了一个商业的超导纳米线单光子探测器的2x2阵列的量子探测器断层扫描。我们表明，探测器的具体数字的优点，包括效率，暗计数和串扰的概率可以直接提取，而不求助于底层的探测器物理。这些品质因数直接从设备的重构正算子值测量（POVM）的仅仅四个元素中识别。我们表明，探测器断层扫描提取的效率和暗计数概率的值显示出良好的协议与这些数量的独立测量，我们提供了一个直观的操作定义串扰概率。最后，我们表明，重建所需的参数必须仔细选择，以避免过度平滑的数据。
2020-07-31 physics.ins-det quant-ph
Compressed sensing quantum process tomography for superconducting quantum gates
我们采用压缩感知（CS）量子过程层析（QPT）方法来表征基于超导Xmon和相位量子比特的量子门。使用两个量子比特控制Z门的实验数据，我们得到了一个估计的过程矩阵$χ$与充分的QPT相比，具有相当高的保真度，但使用显着减少的初始状态和测量配置。我们表明，CS方法仍然工作时，所使用的数据量是如此之小，标准的QPT将有一个欠定系统的方程。我们还将CS方法应用于分析具有数值增加的噪声的三量子比特Toffoli门，并且同样表明该方法对于大幅减少的数据集效果良好。对于CS计算，我们使用两个不同的基地，其中的过程矩阵$χ$是近似稀疏的，并显示所得到的估计的过程矩阵相匹配的每一个具有合理的高保真度。对于两个量子比特和三个量子比特门，我们不仅通过其过程矩阵和保真度来表征量子过程，而且还通过相应的标准差来表征，标准差通过不同初始状态的状态保真度的变化来定义。
2014-07-03 quant-ph
Characterizing mid-circuit measurements on a superconducting qubit using gate set tomography
发生在量子线路内部的测量--中间电路测量--是一个重要的量子计算原语，最值得注意的是用于量子纠错。中间电路测量具有经典输出和量子输出，因此它们可能受到终止量子线路的测量不存在的误差模式的影响。在这里，我们展示了如何表征中间电路测量，量子仪器建模，使用一种技术，我们称之为量子仪器线性门集层析成像（QILGST）。然后，我们应用这种技术来表征一个多量子比特系统内的超导transmon量子比特的色散测量。通过改变测量脉冲和后续门之间的延迟时间，我们探讨了剩余腔光子布居对测量误差的影响。QILGST可以解决不同的错误模式，并量化测量的总误差;在我们的实验中，对于1000 ns以上的延迟时间，我们测量了总误差率（即，当分别测量$0$和$1$时，$ε_{\diamond} = 8.1 \pm 1.4 \%$的半菱形距离）、$97.0 \pm 0.3\%$的读出保真度以及$96.7 \pm 0.6\%$和$93.7 \pm 0.7\%$的输出量子态保真度。
2021-03-04 quant-ph
Tomography and state reconstruction with superconducting single-photon detectors
我们用一个具有增强多光子响应的探测器对相干态和热态进行了量子态重建。该探测器是基于超导纳米线，其中偏置电流设置的点击概率的光子数的依赖性，该偏置电流被用作状态重建中的调谐参数。非线性响应使得我们的基于光子晶体的探测器优于传统上用于量子态重建的线性探测器。
2012-09-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Multi-time quantum process tomography on a superconducting qubit
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems（工程量子系统卓越研究中心）；Macquarie University（麦考瑞大学）；University of Queensland（昆士兰大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本研究利用超导量子比特和量子处理器，通过多时间过程反演方法完整表征了量子过程并检测到非马尔可夫噪声。
2025-12-12 quant-ph
Selective and efficient quantum process tomography for non-trace preserving maps: a superconducting quantum processor implementation
作为对未知量子过程的完全重建的替代，所谓的选择性和有效的量子过程层析成像（SEQPT）允许单独地并且高达所需精度地估计矩阵的给定元素，该矩阵描述具有多项式量的资源的这种操作。该协议的实现已经成功地进行了表征的量子系统，这是很好地描述了一个保迹量子映射的演变。在这里，我们处理一个更一般类型的量子过程，不保留输入量子态的痕迹，这自然会出现在不完美的设备和系统环境相互作用的存在下，在量子信息科学或量子动力学控制的背景下。在这种情况下，我们表明，与援助的{ \it先验}的信息的损失结构的量子信道，的SEQID重建可以适应重建的非保迹映射。我们明确地描述了如何实现在任意有限维的希尔伯特空间的重建$d$。该方法在IBM Quantum服务的超导量子处理器上进行了实验验证，通过估计几个非保迹量子过程的尺寸高达$d=6$。我们的研究结果表明，它是有可能有效地重建非保迹过程，具有高精度，并具有显着更高的保真度比当该过程被假定为保迹。
2023-01-26 quant-ph
A proposal for charge basis tomography of superconducting qubits
该研究提出一种结合约瑟夫森能量脉冲序列与投影式电荷基矢读出的通用协议以实现超导量子电路的电荷基矢层析成像，通过模拟验证其可重构 transmon 基态并检测模型哈密顿量偏差，为检测材料相互作用及拓扑相奠定基础。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tomographic measurements on superconducting qubit states
提出了一种利用量子态层析技术重建任意超导电荷量子比特态的方法。这个过程需要对足够多的量子系统的相同副本进行一系列测量。解释了这一过程的实验可行性，并根据实验参数估计了不同量子操作的时间尺度。在状态层析成像的基础上，我们还研究了过程层析成像的可能性。
2005-07-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Local Geometric Phase and Quantum State Tomography in a Superconducting Qubit
我们研究了Aharonov-Bohm磁通穿过的超导量子比特的量子态重构，特别关注局部几何相位。介绍了一种状态重建方案，适当考虑了法拉第感应定律产生的局部几何相位。我们的方案是基于三个互补量的测量，即额外的电荷和两个本地电流。通过对时间反演对称性和法拉第定律的解释，我们证明了在规范的选择上，完全的密度矩阵可以被无歧义地重建。这个过程清楚地表明，量子法拉第效应在涉及Aharonov-Bohm通量的量子系统的动力学中起着至关重要的作用。
2013-03-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum detector tomography of superconducting nanostrip photon-number-resolving detector
超导纳米带光子探测器已经被用作单光子探测器，其仅能够区分光子的存在或不存在。最近发现，它们可以通过分析输出信号波形来辨别光子的数量，并且它们有望用于各种领域，特别是用于光学量子信息处理。在这里，我们通过输出信号波形的模式匹配来提高具有高平均光子数的光的光子数分辨性能。此外，我们估计的正算子值的量子探测器层析测量的检测器。结果表明，该器件在不进行任何复用或阵列的情况下具有高达5个光子的光子数分辨性能，表明它是有用的光子数分辨探测器。
2021-02-19 physics.optics quant-ph
Direct Wigner tomography of a superconducting anharmonic oscillator
从相空间的角度看，波包动力学的分析可以大大简化。虽然谐振子通常被用作研究波包的方便平台，但这些系统中的任意态制备更具挑战性。在这里，我们演示了一个直接测量的维格纳分布的复杂的光子态的非谐振子-超导相位电路，偏置在小的非谐制度。我们测试我们的方法上的两个非经典状态组成的两个能量本征态和锁相波包的动力学。这种方法需要简单的校准，并且很容易应用于我们的系统到第五级。
2012-08-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Generation of genuine $χ$-type four-particle entangled state of superconducting artificial atoms with broken symmetry
提出了一种利用一维传输线谐振腔作为数据总线，产生具有对称性破缺的超导人工原子的$χ$型四粒子纠缠态的方案.我们所用的$Δ$型三能级人工原子不同于自然原子，具有循环跃迁。 经过适当时间的相互作用和简单的操作, 可以得到想要制备的纠缠态. 由于人造原子的激发态和光子态被绝热消除, 所以该方案对于人造原子的自发辐射和传输线共振器的衰减是鲁棒的.
2014-12-11 quant-ph
Quantum process tomography of a compressed time evolution circuit on superconducting quantum processors
本文利用量子过程层析表征 IBM 量子处理器噪声，并比较 Trotter 时间演化电路与其压缩版本，证明压缩电路特征值模更大、噪声韧性更强。
2025-09-29 cond-mat.str-el quant-ph
Slow and Stored Light via Electromagnetically Induced Transparency Using A $Λ$-type Superconducting Artificial Atom
本文利用单超导量子比特-谐振器系统构建Λ型人造原子，通过电磁感应透明实现3.6 km/s慢光和数百纳秒微波存储，为超导电路量子存储器发展提供新路径。
2024-06-07 quant-ph
Tomography of zero-energy end modes in topological superconducting wires
利用广义Bloch坐标$φ, θ, δ$描述了具有自旋轨道耦合和磁场的拓扑混合超导-半导体线中的Majorana零模，并分析了它们在SU（2）转动下的变换.证明了当自旋轨道耦合与磁场垂直时，在适当的坐标系中，$φ$和$δ$是普适的.我们利用这些几何性质来解释具有不同取向的磁场和/或自旋-轨道耦合的两条导线的结中的约瑟夫森电流的行为。我们将展示如何从那里提取，角度$θ$，因此提供了一个完整的描述的马约拉纳模式。
2020-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heat transport through a superconducting artificial atom
量子热传递通过一个通用的超导设置组成的可调transmon量子位之间的谐振器，是由热库终止的探索。被认为是两种类型的架构，顺序和分束器设置。应用数值精确的分层运动方程（HEOM）的方法，稳态性能被揭示，并通过实验确定相关的参数集。基准测试结果进行了比较与预测的基础上近似处理，以证明其失败的参数空间在很宽的范围。这些发现可能有助于改善未来超导设备的热控制设计。
2021-03-02 quant-ph
Coherent manipulation of noise-protected superconducting artificial atoms in the Lambda scheme
本文提出了一种在没有直接泵浦耦合的情况下操纵三能级人工原子的新方案。它允许在高噪声保护的超导人造原子中进行类似于受激拉曼绝热通道（$Λ$ -STIRAP）的忠实、选择性和鲁棒的布居转移。它将双光子泵浦脉冲的使用与适当的先进控制相结合，通过缓慢调制外部场的相位来操作，利用半经典微波驱动器的稳定性。该协议是复杂量子架构中新任务的构建块。它的演示将成为在基于人造原子的系统中实现量子计算和微波量子光子学的一类多级高级控制程序的基准。
2016-05-28 quant-ph
Tunable coupling between a superconducting resonator and an artificial atom
量子系统的相干操纵是当前物理学研究的重要课题之一。在本工作中，我们设计了一个电路QED系统，在保持腔频率和原子频率不变的情况下，在人造原子和超导谐振腔之间实现了可调谐耦合。通过控制外磁通量的时间依赖性，我们表明，它是可能的，从极弱耦合制度的超强耦合的相互作用。利用量子微扰理论，我们得到了耦合强度与外磁通量的关系。为了证明它在量子模拟和量子计算领域的可靠性，我们研究了它对噪声的敏感性。
2018-06-06 quant-ph
Implementation of a Walsh-Hadamard gate in a superconducting qutrit
我们已经实现了一个沃尔什-阿达玛门，它执行一个量子傅里叶变换，在超导qutrit。qutrit被编码在最低的三个能级的电容并联磁通装置，在最佳磁通对称点操作。我们使用一个有效的分解的沃尔什-阿达玛门成两个酉，分别产生的非对角和对角哈密顿。门的实现利用同时驱动的三对能级之间的quutrit，其中一个是用双光子过程实现的所有三个跃迁。该门具有35 ns的持续时间和99.2%的一组代表性状态的平均保真度，包括准备和层析成像误差，其特征在于具有量子态层析成像。交流斯塔克和布洛赫Siegert位移的补偿是必要的，以达到高的栅极结晶度。
2020-11-16 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
Quantum Process Tomography of a Universal Entangling Gate Implemented with Josephson Phase Qubits
量子逻辑门必须在其标准输入基态上操作时以及在这些状态的复杂叠加上操作时正确地执行。使用超导量子比特的实验已经验证了用于例如受控非门[1，2]的特定实现的真值表，但是还没有完全表征用于输入状态的任意叠加的门操作。在这里，我们演示了使用量子过程层析成像（QPT）[3，4]来充分表征两个超导量子比特之间的通用纠缠门的性能。过程层析成像允许完整的门分析，但需要精确准备任意输入状态，控制随后的量子位相互作用，并同时单次测量输出状态。我们使用QPT来测量纠缠门的保真度，并量化影响门性能的退相干机制。除了展示有前途的保真度，我们的纠缠门具有300的开/关比，可调耦合水平将成为未来高保真设备的要求。这是双量子位系统中QPT的第一个固态演示，因为固态过程层析成像以前只使用单量子位进行了演示[5，6]。
2009-10-06 quant-ph
Slowing and Storing Microwaves in a Single Superconducting Fluxonium Artificial Atom
National Tsing Hua University（国立清华大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Taiwan Semiconductor Research Institute（台湾半导体研究所）
利用单个Fluxonium量子比特在微波波导中实现EIT实验，展示光速减缓和光子存储，为超导电路中的量子通信提供新可能。
2025-12-15 quant-ph
A superconducting quantum circuit single artificial atom maser
University of Pittsburgh（匹兹堡大学）；Pittsburgh Quantum Institute, University of Pittsburgh（匹兹堡量子研究所，匹兹堡大学）；Yale University（耶鲁大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用人工多能级原子作为增益介质，通过微波信号泵浦至反向人口状态，实现电路量子电动力学中的原子微波放大器模拟，展示了丰富的物理现象及微波量子电路发展对放大器物理的探索潜力。
2026-04-06 quant-ph
Microwave transmission through an artificial atomic chain coupled to a superconducting photonic crystal
发射极与光子晶体的强耦合为实现新颖的量子光-物质相互作用提供了一个强有力的平台。本文研究了耦合到一维超导微波光子晶体的三能级人工原子链的光学性质。在弱输入光场的透射谱中出现了一个尖锐的最小能量谷，揭示了局域束缚态引起的长程相互作用的丰富行为。我们发现当束缚态的局域化长度足够大时，下降频率与人工原子的数目和长程相互作用的特征强度呈线性关系。基于这一观察结果，我们提出了一个简单的模型来计算系统参数的下降频率，这与精确数值计算的结果吻合得很好。我们观察到输出光场的光子-光子关联函数在聚束和反聚束之间的振荡。此外，我们还发现，即使光子晶体与人工原子之间的耦合强度不完全相等，以及人工原子所受的外驱动场的相位不同，该模型仍然有效。因此，我们可以从透射谱中的凹陷位置推断出有价值的系统参数，这为超导微波光子晶体系统的实验研究提供了重要的测量工具。随着微波光子晶体与人造原子耦合的研究取得显著进展，我们的方案有可能在现有的超导电路中实现。
2019-04-15 quant-ph
Observation of collective coupling between an engineered ensemble of macroscopic artificial atoms and a superconducting resonator
不同量子系统的杂交现在被看作是一种有效的方式来工程的整个系统的属性，导致在量子超材料，量子模拟，和量子精密测量的应用。一个众所周知的例子是超导电路耦合到微观自然原子的集合。在这种情况下，单个原子的性质是固有的，因此是不可改变的。然而，目前的技术允许我们制造宏观人造原子的大集合，例如超导通量量子比特，在那里我们可以真正定制和控制单个量子比特的属性。在这里，我们演示了微波谐振器和几千个超导通量量子比特之间的相干耦合，在那里我们观察到一个大的色散频率偏移的频谱250 MHz的集体行为诱导。这些结果代表了迄今为止实现的最大数量的耦合超导量子比特。我们的方法表明，现在可以设计系综的属性，为量子多体系统的受控探索开辟了道路。
2016-06-14 quant-ph
Vortex-Meissner phase transition induced by two-tone-drive-engineered artificial gauge potential in the fermionic ladder constructed by superconducting qubit circuits
我们建议通过双音驱动器周期性地调节现场能量，这可以进一步用于设计人工测量电位。作为一个例子，我们表明，有效磁通量穿透的费米子梯形模型可以构造超导磁通量子比特使用这种双音驱动工程的人工规范位。在该超导体系中，由于腿间耦合强度与有效磁通量的竞争，单粒子基态可以从涡旋相过渡到迈斯纳相.我们还提出了通过相邻量子比特间的单粒子拉比振荡来实验测量手征电流的方法。与以前产生人工规范势的方法相比，我们的建议不需要辅助耦合器的帮助，并且原则上只有当量子比特电路保持足够的非谐性时才有效。考虑有效磁通量的费米子梯模型也可以解释为一维自旋轨道耦合模型，从而为实现量子自旋霍尔效应奠定了基础。
2020-03-24 quant-ph
Direct Observation of Coherent Population Trapping in a Superconducting Artificial Atom
原子（或固态“人造原子”）的相干布居俘获（CPT）现象以及电磁诱导透明（EIT）的相关效应清楚地证明了由于多能级量子系统中的相干性而引起的量子干涉。利用相位量子比特局部极小值的三个最低能级，在$Λ$型组态中同时驱动两个相干跃迁，观测到了超导相位量子比特中的CPT.我们观察到$60(\pm 7)%$在CPT共振条件下对激发态布居的抑制。我们目前的数据和匹配的理论模拟显示CPT的发展时间。最后，我们利用观测到的激发态布居的时间依赖性来表征系统的量子退相时间。
2010-03-10 quant-ph
Nonlinearity in Single Photon Detection: Modeling and Quantum Tomography
单光子探测器是量子光学和量子信息的重要组成部分。基于超导纳米线的探测器表现出新的性能水平，但没有公认的量子光学模型，这是有效的多个输入光子。通过执行探测器断层扫描，我们改进了最近提出的模型[M. K. Akhlaghi和A.H. Majedi，IEEE应用超临界流体学报。19，361（2009）]，并且还研究了这些检测器对光的非线性响应的方式，这对于某些应用是有价值的特征。我们开发了一个设备独立的模型，单光子探测器，采用这种非线性。
2011-08-18 quant-ph
Quantum coherence between cavity and artificial atom in a superconducting circuit QED ladder system
我们在由transmon量子比特和腔组成的超导电路量子电动力学系统中建立了一个腔色散能级的量子三能级梯形系统，并直接观察到了Autler-Townes分裂效应，而不是用量子比特在各个能级上的概率来表示。在传输子的第二激发态与腔色散能级之间的跃迁上施加耦合器音，同时探测腔谱。清晰地显示了腔能级的双重透射谱和反常色散谱。对腔谱的傅里叶逆变换表明，腔与量子比特之间存在着布居的量子相干性拉比振荡。
2016-04-13 quant-ph
Engineering the Environment of a Superconducting Qubit with an Artificial Giant Atom
本文提出利用频率可调的人工巨原子调控超导量子比特与环境耦合，通过反射单光子并透射强微波信号，超越Purcell极限并将量子比特寿命延长十倍，同时保持读出速度。
2024-10-20 quant-ph
Spectral Properties of Two Superconducting Artificial Atoms Coupled to a Resonator in the Ultrastrong Coupling Regime
本研究实验探究了两个磁通量子位超强耦合至同一LC谐振器的超导电路，观测到免能级交叉与谱不对称性两种现象，为片上量子光学与量子信息新过程研究提供了新平台。
2025-05-19 quant-ph
High Quality Stepped-Impedance Resonators Suitable for Circuit-QED Measurement of Superconducting Artificial Atoms
高品质因数共面谐振器是超导量子线路中的关键元件。我们描述了阶梯阻抗谐振器（SIR）的设计，制造和测量，这是更紧凑的尺寸比常用的均匀阻抗谐振器（UIR）。通过适当选择阻抗比，SIR可以比UIR短27%。其结果是，能够减少SIR所占据的面积。制作并测试了两种同时包含SIR和UIR的设计。所有谐振器的提取的内部品质因数（Qi）的功率依赖性表明，SIR和UIR具有可比的性能，在单光子激发下Qi约为50万。这些结果表明，SIR可以用于超导量子线路。SIR的减小的尺寸还可以导致减小的总体电路面积和增加的集成水平。
2017-10-27 quant-ph
Spectral Quantum Tomography
我们介绍了光谱量子断层扫描，一个简单的方法来提取的噪声少量子比特门，由一个保迹超算子，在抗垃圾邮件的方式，使用低资源的门序列长度的特征值。本征值提供详细的门信息，补充已知的门质量措施，如门保真度，并可用作门诊断工具。我们将我们的方法应用于云中两个不同超导系统上的单量子位和双量子位门，即QuTech Quantum Infinity和IBM Quantum Experience。我们讨论如何串扰，泄漏和非马尔可夫错误影响的特征值数据。
2019-07-30 quant-ph
Role of parasitic interactions and microwave crosstalk in dispersive control of two superconducting artificial atoms
在这项工作中，我们研究了寄生相互作用和微波串扰的超导人工原子通过单模共面波导相互作用系统中的作用。通过对原子的有效动力学的一般描述，在两级近似之外，我们表明原子的选择性（单独寻址原子的能力）仅取决于与用于控制系统的驱动器相关联的合成相量。然后，我们利用这种驱动依赖的选择性的好处来描述如何相干粒子数反转同时发生在原子中，没有剩余原子-原子相互作用的干扰。在这种情况下，寄生相互作用作为快速和高保真控制的资源，因为它产生了一个新的原子频率机制，能够抑制有效的原子-原子耦合（空闲点）。最后，我们展示了如何实现纠缠$i$交换门的保真度高于$99\%$，即使存在寄生相互作用。不仅如此，我们认为这种相互作用的存在有助于加速门的性能。我们的研究结果开辟了前景，以一个新的前景，这种“不希望”的影响在超导人造原子系统中的真正作用。
2023-01-04 quant-ph
Tunable frequency conversion and comb generation with a superconducting artificial atom
National Tsing Hua University（国立清华大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；National Taiwan University（国立台湾大学）；Hon Hai Research Institute（鸿海研究院）
该研究展示了一种基于超导人工原子的可调频率转换与梳生成系统，通过波混叠实现频率峰的生成，并在宽频率范围内实现精确控制。
2025-10-30 quant-ph
Suppression of Qubit Crosstalk in a Tunable Coupling Superconducting Circuit
超导量子器件中的寄生串扰是量子门的主要限制。我们证明了在两个量子比特，两个耦合器超导电路，其中的可调谐耦合器的频率可以调整，使得从每个耦合器的ZZ相互作用相消干涉的静态ZZ串扰的抑制。我们验证的串扰消除与同时随机基准，并使用参数激活的iSWAP相互作用，以实现贝尔状态准备保真度为98.5%和$\sqrt{\textrm{iSWAP}}$门保真度为94.8%，通过量子过程层析成像。
2019-05-31 quant-ph
Macroscopic Bell state between a millimeter-sized spin system and a superconducting qubit
本研究通过微波腔耦合毫米级自旋系统与超导量子比特，确定性产生宏观Bell态并验证其0.90±0.01的保真度，使该自旋系统成为原子数最多的可产生最大纠缠态的系统。
2024-04-12 quant-ph
Dynamics and Resonance Fluorescence from a Superconducting Artificial Atom Doubly Driven by Quantized and Classical Fields
本文实验研究了超导transmon量子比特在量子化场与经典场双重驱动下的共振荧光，通过调控腔内光子数实现驱动场从量子到经典的过渡，观察到边带反交叉和发射谱不对称性，并分析了动力学演化与退相干特性。
2024-03-17 quant-ph
Theory-independent monitoring of the decoherence of a superconducting qubit with generalized contextuality
Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ), Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院维也纳量子科学与技术中心）；Department of Physics, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院物理系）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文提出一种不依赖理论的过程重构方法，用于监测超导量子比特的退相干现象，展示了系统在不假设量子理论的情况下如何通过广义情境性分析其退相干过程，并揭示了非马尔可夫演化特性。
2026-03-17 quant-ph
Robust and Efficient High-dimensional Quantum State Tomography
希尔伯特空间中的指数增长随着量子系统的大小的增加意味着精确地表征系统变得更加困难。我们表明，自引导断层扫描是一个实用的，有效的，和强大的技术测量高维量子态。对于qutrits（d=3）和quint（d=5），所实现的结晶度超过99.9%，对于quvigint（d=20），所实现的结晶度为qudits有史以来的最高值。我们证明了对实验噪声源，统计和环境的鲁棒性。该技术适用于任何高维系统，从量子位的集合到单个量子位，以及任何物理实现，无论是光子，超导，离子还是自旋。
2021-03-11 quant-ph
Efficient direct quantum state tomography using fan-out couplings
Korea University（韩国大学）；Seoul National University（首尔大学）；Sejong University（世宗大学）
本文提出一种结合强测量估计与扇出耦合架构的直接量子态重构方案，实现常数深度电路，适用于稀疏目标态和验证任务，实验验证了四量子比特态重构和20量子比特GHZ态保真度估计。
2026-04-06 quant-ph
Novel techniques for efficient quantum state tomography and quantum process tomography and their experimental implementation
本文基于NMR与IBM超导量子处理器，提出并实验验证面向QST/QPT的约束优化、压缩感知、神经网络、量子2-设计与弱测量等高效方法，并实现非幺正开放量子动力学模拟。
2024-01-18 quant-ph
Always-on, highly efficient microwave photon detector based on a superconducting artificial molecule
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究基于超导人工分子研发出连续运行的微波单光子探测器，突破了效率与占空比的权衡，实现了5 MHz带宽下0.47的连续探测效率，可应用于量子传感等领域。
2026-08-14 quant-ph
Enhancement and state tomography of a squeezed vacuum with circuit quantum electrodynamics
研究了耗散和非经典驱动作用下一般四次相互作用哈密顿量的动力学。我们表明，这种情况下，可以实现与级联超导腔量子比特系统在强色散制度的设置类似于最近的实验。在耗散的存在下，我们发现，一个有效的Hartree型解耦与福克-普朗克方程产生一个很好的近似。我们发现定态近似为一个压缩真空，它被腔的$Q$ -因子增强，但被相互作用守恒。因此，量子位的非线性，并没有显着影响高度压缩腔内微波场，但对于一系列的现实参数，使巡回压缩场的特性。
2015-07-15 quant-ph
Experimental Characterization of Crosstalk Errors with Simultaneous Gate Set Tomography
串扰是多量子位量子信息处理器中的主要故障源。它可以由各种不同的物理现象引起，并且可以在设备所经历的错误中引入微妙的相关性。几种硬件表征协议能够检测串扰的存在，但很少提供足够的信息来区分各种串扰错误。在这篇文章中，我们描述了如何门集层析成像，一个协议的详细表征量子操作，可以用来识别和表征串扰错误的量子信息处理器。我们证明了我们的方法上的两个量子比特的捕获离子处理器和超导transmon处理器的两个量子比特的子系统。
2021-03-17 quant-ph
Quantum trajectories of superconducting qubits
在这篇综述中，我们讨论了最近的实验，研究如何超导量子比特的量子态在测量过程中演变。我们提供了测量过程的教学概述，当量子位分散耦合到微波频率腔体，量子位状态被编码在探测腔体的微波音调的相位。使用连续的测量记录来重建量子比特状态的各个量子轨迹，并且执行量子态层析成像以验证状态已经被准确地跟踪。此外，我们还讨论了轨道系综、时间对称演化、双量子比特轨道以及在基于测量的量子纠错中的潜在应用。
2015-06-26 quant-ph
A Phononic Bus for Coherent Interfaces Between a Superconducting Quantum Processor, Spin Memory, and Photonic Quantum Networks
介绍了一种通过压电换能器连接的声学总线实现超导微波量子比特与固态人工原子的基态自旋系统之间的高保真量子态转换的方法。应用目前的实验参数超导电路量子比特和金刚石硅空位中心在一个优化的声子腔，我们估计量子态转换保真度超过99\%，在MHz尺度的带宽。通过结合超导电路量子计算和人造原子的互补优势，混合架构提供高保真量子比特门，其具有长寿命量子存储器、高保真测量、大量子比特数、可重构量子比特连接以及通过光量子网络的高保真状态和门隐形传态。
2020-03-18 quant-ph
Generating time-domain linear cluster state by recycling superconducting qubits
团簇态是一种高纠缠态，是量子信息处理的重要资源。在这里，我们展示了一个时域线性团簇态（t-LCS）的产生使用超导量子线路组成的只有两个transmon量子比特。通过回收物理量子比特，利用量子态层析成像验证了高达4个物理量子比特的t-LCS等效，保真度为59%。我们进一步证实了真正的生成t-LCS检查的期望值的纠缠见证。我们所展示的t-LCS生成协议允许有效地使用物理量子位，这可能导致大规模资源高效地执行量子线路。
2023-02-11 quant-ph
Single-artificial-atom lasing using a voltage-biased superconducting charge qubit
我们考虑一个由单个人工原子耦合到腔模的系统。人工原子被偏置，使得系统中最主要的弛豫过程将原子从其基态带到其激发态，从而确保粒子数反转。最近的一个实验证明了这种情况是使用电压偏置超导电荷量子比特实现的。即使在“反向弛豫”条件下，如果“弛豫”速率大于某个阈值，激光作用也会被抑制。使用简单的过渡率参数和半经典计算，我们推导出解析表达式的激光抑制条件和状态的腔中的激光和抑制激光制度。数值计算的结果与解析推导的结果吻合得很好。我们首先分析了一个简化的二能级原子模型，然后分析了一个三能级原子模型，该模型可以准确地描述最近实现的超导人工原子激光器。
2009-02-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Entanglement dynamics of a dc SQUID interacting with a single-mode radiation field
在这项工作中，我们研究了一个超导器件之间的耦合作为一个dc SQUID，模拟从一个人工原子与两个自由度，和一个单模辐射场的信息传递过程。我们证明了人工原子的能级之间的布居转移产生了纠缠动力学，这导致了一对光子的产生。此外，我们显示了超导器件的内部模式之间的量子信息转移，最初在一个最大纠缠态，和辐射场。人造原子吸收光子，并且当量子相干性从超导装置传输到光子时，辐射场模式变得纠缠。这些结果加强了超导器件在量子信息传输中的适用性，有助于在新兴量子技术中的应用前景。
2021-02-10 quant-ph
Time-resolved tomography of a driven adiabatic quantum simulation
量子模拟的一个典型目标是找到给定哈密顿量的能级和本征态。这可以通过示意性地改变系统控制参数以将初始本征态引导到目标哈密尔顿算子的本征态来实现。这种绝热量子模拟是通过在两个超导量子比特的旋转坐标系中直接实现可控和平滑变化的哈密顿量来证明的，包括纵向和横向场以及iSWAP型两量子比特相互作用。每个本征态的演变跟踪使用时间分辨的状态层析成像。选择瞬时本征态之间的能隙，使得根据能量跃迁率，在测量的能量和绝热器中观察到非绝热或绝热通道。由量子位的有限$T_1$和$T_2$时间引起的所获得的能量值中的误差通过外推到短协议时间来减轻。
2020-01-15 quant-ph
