Deterministic transfer of an unknown qutrit state assisted by the low-Q microwave resonators
Qutrits（即，三能级量子系统）由于其大的希尔伯特空间而可用于实现许多量子信息和通信任务。在这项工作中，我们提出了一个方案，以转移一个未知的量子态之间的磁通量子耦合到两个超导共面波导谐振器。这种量子态转移可以在不需要测量的情况下确定地实现。由于谐振腔光子在操作时间期间被虚拟地激发，所以由谐振腔衰减引起的退相干和不想要的谐振腔间串扰被极大地抑制。此外，我们的方法可以适用于其他固态qutrits耦合到电路谐振器。数值模拟结果表明，利用电流电路QED技术实现两量子态之间量子态的高保真传输是可行的。
2018-02-28 quant-ph
Efficient generation of NOON states on two microwave-photon resonators
本文提出了一个在超导电荷量子阱辅助下的电路QED中产生光子NOON态的有效方案。它是通过两种操作完成的，即对qutrit和谐振器的谐振操作和对qutrit的单量子比特操作，它们都是高保真操作。与Su等人提出的超导transmon qutrit的结果进行了比较。Rep. 4，3898（2014）），我们的方案不需要长时间维持qutrit在第三激发态，这放松了其在实验中实施的难度。此外，由于电荷量子态的能级非谐性较大，我们可以更好地调谐电荷量子态与谐振腔的不同跃迁，这使得我们的方案比其他方案更快。
2015-07-01 quant-ph
Multiplex-controlled phase gate with qubits distributed in a multi-cavity system
提出了一种多路控制相位门的实现方法，其中n个量子比特分布在n个不同的腔中，n-1个控制量子比特同时控制一个目标量子比特。这种多量子比特门是通过使用n个qutrit（三能级自然或人工原子）放置在n个不同的腔中，这些腔与辅助qutrit耦合来实现的。在这里，量子位的两个逻辑状态由放置在腔中的qutrit的两个最低能级表示。我们表明，这种n量子比特控制的相位门可以实现只使用2n+2个基本操作，即，所需的基本操作的数量仅随量子位的数量n线性增加。由于每个基本操作都采用量子-腔或量子-脉冲共振相互作用，因此当量子比特数不多时，可以快速实现门。数值模拟结果表明，利用电路QED系统可以高保真地实现由分布在三个不同腔体中的三个量子比特组成的三量子比特控制相位门。这一方案具有很强的普适性，适用于原子、NV中心、量子点或各种超导量子点分布在不同腔中的物理系统。最后，这种方法可以应用于实现一个多量子位控制的相位门与原子使用一个腔。详细讨论了用原子和一个腔实现三量子比特受控相位门的方法。
2018-06-12 quant-ph
Transferring entangled states of photonic cat-state qubits in circuit QED
提出了一种将两个光子猫态量子比特（cqubit）的量子纠缠态从两个微波腔转移到另外两个微波腔的方法。这一方案是用四个微波谐振腔耦合到一个超导磁通量子阱来实现的。由于采用了四个不同频率的谐振腔，腔间串扰显著降低。由于仅使用一个耦合器qut，电路资源被最小化。纠缠转移只需一步操作，因此该方案非常简单。在态转移过程中，耦合器qutrit的第三能级没有被填充，因此从较高能级的退相干被大大抑制。数值模拟结果表明，利用电流电路QED技术实现两个cqubit纠缠态从两个传输线谐振器到另外两个传输线谐振器的高保真传输是可行的.该方案具有普适性，可以在广泛的物理系统中实现同样的任务，例如四个微波或光学腔，它们耦合到一个自然或人工三能级原子。
2020-03-31 quant-ph
Construction of a qudit using Schrodinger cat states and generation of hybrid entanglement between a discrete-variable qudit and a continuous-variable qudit
我们表明，一个连续变量（CV）qudit可以构造使用准正交猫态的玻色子模式，当在每个猫状态的相位编码是适当的选择。利用构造的CV量子点和Fock态编码的离散变量量子点，提出了一种利用两个微波腔耦合超导磁通量子点来产生CV量子点和离散变量量子点混合最大纠缠态的方法.这个建议依赖于一个腔的Fock态的叠加的初始准备和另一个腔的猫态的初始准备。在准备好每个腔的初始状态之后，该提议仅需要两个基本操作，即，第一操作采用两个腔与Qutrit的色散耦合，而第二操作仅使用一个腔与Qutrit的色散耦合。纠缠态的产生是确定性的，并且操作时间随着每个量子点尺寸的增加而减少。此外，在整个操作期间，耦合器quutrit保持在基态，因此从quutrit的退相干显著减小。作为一个例子，我们进一步讨论了利用电路QED方法制备DV夸克态和CV夸克态混合最大纠缠态的实验可行性。该方案具有普遍性，可以通过两个微波或光学腔耦合到一个自然或人工三能级原子来实现同样的任务。
2022-08-28 quant-ph
Efficient preparation and detection of microwave dressed-state qubits and qutrits with trapped ions
本文提出了一种制备和探测三能级微波缀饰单离子系统全部本征态的方法。该方法显着降低了实验的复杂性与修饰状态量子比特的门操作，以及允许所有三个修饰状态被准备和检测，从而提供访问一个qutrit，这是很好地保护磁场噪声。此外，我们证明了单独寻址的时钟转换在两个离子使用强静磁场梯度，表明我们的方法可以用来制备和检测微波修饰态的离子串时，进行多离子量子操作与微波和射频字段。时钟跃迁的个体可寻址性也可以允许使用激光控制串中任意离子之间的成对相互作用强度。
2014-12-08 physics.atom-ph quant-ph
Single photonic qutrit in a collective Rydberg polariton
本文在 Rydberg 系综中利用电磁诱导透明、微波耦合和 Ramsey 干涉测量实现微秒级单光子 qutrit 的相干制备、操控与读出。
2024-12-04 quant-ph
Universal quantum gates on microwave photons assisted by circuit quantum electrodynamics
基于一个微波光子量子处理器，利用第一个超导谐振腔对传输子的频移效应和第二个超导谐振腔与传输子之间的共振作用，在微波光子谐振腔量子点上构造了可控相位门.这种独特的特性为我们提供了一种有用的方法来实现C相门的两个谐振器qudits具有更高的保真度和更短的操作时间，与以前的建议相比。我们的c相门的保真度可以达到99.51%，在93 ns。此外，我们的设备可以很容易地扩展到构建三个量子门上的三个谐振腔qudits，远远不同于现有的建议。我们在三个谐振腔量子点上实现了可控相位门，在传输子量子点的辅助下，其保真度在124.64ns内达到92.92%。
2014-08-01 quant-ph
A superconducting qutrit link beyond the qubit limit
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore（新加坡国立大学量子技术中心）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
本文实现了一种超导qutrit链路，通过微波通道连接两个独立封装的节点，利用transmon的天然三能级结构进行高维量子通信，实现了高于量子比特基准的态转移保真度和纠缠特性。
2026-10-06 quant-ph
Deterministic generation of Greenberger-Horne-Zeilinger entangled states of cat-state qubits in circuit QED
提出了一种利用电路QED产生三个猫态量子比特的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠态的有效方法。GHZ态是用三个微波腔耦合到一个超导transmon量子阱制备的。由于量子点在工作过程中保持在基态，量子点的能量弛豫和退相引起的退相干被大大抑制。GHZ状态是确定性创建的，因为不涉及测量。数值模拟表明，利用现有的电路QED技术，高保真地产生三个量子比特的GHZ态是可行的。这个提议可以很容易地扩展到创建一个$N$ -cqubit GHZ态（$N\geq 3$），其中$N$微波或光学腔耦合到一个自然的或人造的三能级原子。
2019-10-18 quant-ph
Optomechanical Entanglement of Remote Microwave Cavities
我们研究的纠缠特性的一个系统，代表两个驱动的微波腔，每个光机械耦合到两个单独的驱动光腔，这是由一个单模光纤连接。结果表明，它可能实现近最大纠缠的微波腔，从而允许隐形传态方案，使混合量子计算的超导量子比特与光互连的相互作用。
2018-04-22 quant-ph
Quantum entanglement generation on magnons assisted with microwave cavities coupled to a superconducting qubit
我们提出了在由钇铁石榴石（YIG）球、微波腔和超导（SC）量子比特组成的混合系统中，在非定域磁振子上产生量子纠缠的方案。在该方案中，YIG以谐振方式耦合到相应的微波腔，SC量子比特被放置在腔的中心，同时与腔相互作用。通过交换虚光子，腔可以在远失谐区间接相互作用。详细的协议，提出了建立纠缠的两个，三个和任意的$N$磁振子与合理的结晶度。
2023-01-14 quant-ph
High-Fidelity Qutrit Entangling Gates for Superconducting Circuits
本文针对超导transmon器件中高保真双qutrit纠缠的挑战，利用差分AC Stark位移实现了微波激活的动态cross-Kerr纠缠，并成功构建了保真度达97.3%和95.2%的qutrit CZ†与CZ门。
2023-06-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit QED: single-step realization of a multiqubit controlled phase gate with one microwave photonic qubit simultaneously controlling $n-1$ microwave photonic qubits
提出了一种利用微波光子量子比特同时控制$n-1$目标微波光子量子比特实现多目标量子比特受控相位门的新方法。该门是用耦合到超导通量quutrit的$n$微波腔实现的。每个腔都有一个微波光子量子比特，它的两个逻辑态分别由单个腔模的真空态和单光子态表示。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被极大地抑制。该方案只需要一个单步操作，因此门的实现非常简单。门操作时间与量子比特的数量无关。此外，该方案不需要施加经典脉冲或任何测量。数值模拟结果表明，利用现有的电路QED技术，可以实现一个微波光子量子比特同时控制两个目标微波光子量子比特的受控相位门的高保真实现。该方案具有很好的通用性，可以应用于多种物理系统中，如多个微波或光腔耦合到自然或人工$Λ$型三能级原子中。
2019-10-18 quant-ph
Hybrid controlled-SUM gate with one superconducting qutrit and one cat-state qutrit and application in hybrid entangled state preparation
与量子比特相比，量子比特（即，$d$级或$d$状态量子系统）提供更大的Hilbert空间来存储和处理信息。另一方面，基于qudit的混合量子计算通常需要执行具有性质或编码格式不同的qudit的混合量子门。在这项工作中，我们考虑qutrit的情况下，即，对于具有$d$ =3的qudit的情况。我们提出了一种简单的方法来实现一个超导量子阱和一个猫态量子阱的混合量子控制和门。这个门加上单qutrit门形成了一组通用的三进制逻辑门，用于使用qutrit的量子计算。我们的建议是基于电路QED和操作基本上通过采用SC quantum（四能级量子系统）色散耦合到微波腔。门的实现非常简单，因为它只需要一个基本的操作。既不需要经典脉冲，也不需要测量。SC量子阱的辅助高能级在门操作期间实际上被激发，因此从该能级的退相干被极大地抑制。作为该门的一个应用，我们讨论了一个SC量子态和一个猫量子态的混合最大纠缠态的产生。我们进一步分析了在电路量子电动力学中产生这种混合纠缠态的实验可行性。该方案具有很强的普适性，可以推广到更广泛的物理系统中，如自然或人造的四能级原子与光腔或微波腔的耦合。
2022-08-28 quant-ph
Optical Single Photons on Demand Teleported from Microwave Cavities
我们提出了一个方案，通过使用微机械谐振器纠缠的光和微波输出模式的相应的腔。微机械谐振器在一侧上电容耦合到微波腔，并且在另一侧上耦合到高精细度光学腔。然后，我们展示了如何利用这种连续变量纠缠来传送非高斯数态|1）与叠加（|联系我们|1>）/ \surd 2从微波腔输出模转换到光腔输出模，保真度远大于不可克隆极限。
2012-05-29 quant-ph
Seamless high-Q microwave cavities for multimode circuit QED
多模腔量子电动力学-一个二能级系统同时与许多腔模相互作用-为量子信息处理和量子光学提供了一个通用的框架。由于长的相干时间和大的相互作用强度的组合，腔QED的领先实验平台之一涉及将超导电路耦合到3D微波腔。在这项工作中，我们实现了一个3D多模电路QED系统的单光子寿命为$2$ ms和合作的$0.5-1.5\times10^9$跨9个模式的一种新的无缝腔。我们展示了各种协议的通用单模量子控制适用于所有腔模式，只使用一个单一的驱动线。我们通过开发一种简单的长笛方法来实现这一目标，该方法用于创建单片超导微波腔，降低损耗，同时允许控制模式谱和模式-量子位相互作用。我们强调了这种技术的灵活性和易于实施，通过使用它来制造各种3D腔的几何形状，提供了一个模板，工程多模量子系统具有非常低的耗散。这项工作是实现硬件高效随机存取量子存储器和处理器的重要一步，也是探索光子量子多体物理的重要一步。
2020-11-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Understanding Quality Factor Degradation in Superconducting Niobium Cavities at Low Microwave Field Amplitudes
在铌超导射频加速腔中，低场品质因数的降低--所谓的\emph{low field Q slope or LFQS} --是一个长期存在的无法解释的效应。通过将高$Q$测量技术扩展到超低场，我们发现了两个先前未知的效应特征：i）在低于$E_\mathrm{acc} \sim 0.1$ ~MV/m的RF场下的饱和; ii）通过生长较厚的五氧化二铌而增强的强降解。我们的研究结果表明，LFQS可能是由两个层次的系统在天然铌氧化物内腔表面，从而确定了一个新的剩余电阻的来源，并提供指导潜在的非加速器低场应用的SRF腔。
2017-11-22 cond-mat.supr-con physics.acc-ph quant-ph
Photonic spectral density of coupled microwave cavities
研究了一对由光纤连接的非谐微波腔。光子谱密度表征了系统在Fock态或N00N态制备后耦合腔的演化。我们用递归投影法计算了光子谱密度，发现非谐性对光子谱特性没有实质性影响。在所有的情况下，光子谱密度具有高斯包络的大光子数。
2010-12-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Preparation of Knill-Lafamme-Milburn states based on superconducting qutrits
提出了两种方案，分别在由超导电荷夸克（SCQ）连接的两个传输线谐振器（TLR）中产生两个远距离极性分子（PM）系综的Knill-Lafamme-Milburn（KLM）态，以及在TLR中产生两个SCQ的KLM态.这两种方案都对TLR的微波光子的虚激发引起的光子衰减具有鲁棒性，并且第二种方案中SCQ的虚跃迁可以抑制自发发射。此外，该方案在现有技术条件下具有较高的可控性和可行性。
2014-03-06 quant-ph
Circuit QED: Generation of two-transmon-qutrit entangled states via resonant interaction
提出了一种基于电路量子电动力学的方法来制备两个超导传输子的纠缠态。在这里，Qutrit指的是三能级量子系统。由于只采用共振相互作用，纠缠的产生可以在很短的时间内完成。通过改变四元组初始态的权因子，可以控制制备纠缠态的纠缠度，使制备纠缠态从部分纠缠态转变为最大纠缠态.由于采用单腔结构，只利用谐振作用，不需要相同的谐振腔耦合常数、测量参数和辅助谐振腔，因此易于实验实现。该方案具有普遍性，可用于制备两个具有梯型能级结构的天然或人造原子与光学或微波腔耦合的二组部分或最大纠缠态。
2018-06-12 quant-ph
Dissipative preparation and stabilization of many-body quantum states in a superconducting qutrit array
提出一种基于超导transmon电路的驱动-耗散协议，通过将qutrit映射为自旋-1并利用色散耦合消除特定子空间布居，实现了具有对称保护拓扑序的AKLT多体量子态的制备与稳定。
2023-06-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strategies and trade-offs for controllability and memory time of ultra-high-quality microwave cavities in circuit QED
针对三维超高品质微波腔因大模式体积导致控制效率低且易受反向 Purcell 效应影响的问题，提出利用最先进的 transmon 和 SNAIL 器件实现秒级寿命腔体高效读写与存储的协议及路线图。
2024-03-23 quant-ph
Bosonic quantum error correction with microwave cavities for quantum repeaters
针对长距离量子通信的量子中继器需求，本文分析集成玻色纠错的中继系统密钥率，提出基于二项式码抑制存储损耗错误的方案，验证微波腔-超导transmon及全光实现路径的可行性。
2025-11-14 quant-ph
Autofeedback scheme for preservation of macroscopic coherence in microwave cavities
本文提出了一种在高Q微波腔中控制两个相位相反的相干态线性叠加态的退相干的方案，该方案基于适当制备的“探针”和"反馈“里德伯原子的注入，改进了[D. Vitali等人，物理修订版信函79，2442（1997）]。在本方案中，从探针到反馈原子的信息传输由第二辅助腔直接介导。探测原子的探测效率不再是一个关键参数，叠加态的退相干时间可以使用目前可用的技术显着增加。
1999-08-30 quant-ph
Generating entangled states from coherent states in circuit-QED
提出一种两步协议，利用超导 $Λ$ 型 qutrit 在色散区与微波谐振腔耦合的有效哈密顿量，通过激发数依赖的 Stark 频移和定制微波驱动，从相干态生成 Bell 态和 NOON 态等任意二分纠缠态，并验证了其鲁棒性与可扩展性。
2023-04-10 quant-ph
Collective rotational cat states of molecules in microwave cavities
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究所）；Department of Physics, Villanova University（维拉诺瓦大学物理系）
理论证明极性分子系综与微波腔耦合可产生混合旋转-光子猫态，利用集体强耦合的色散极限中的有效Kerr非线性实现。
2026-06-24 quant-ph
Transferring quantum entangled states between multiple single-photon-state qubits and coherent-state qubits in circuit QED
提出了一种将n个单光子态（SPS）量子比特的最大纠缠态或部分纠缠态转移到n个相干态（CS）量子比特上的方法，该方法采用2n个微波腔耦合到超导通量量子比特上. SPS量子比特的两个逻辑态在这里由真空态和腔的单光子态表示，而CS量子比特的两个逻辑态用腔的两个相干态编码。由于只使用一个超导量子阱作为耦合器，电路结构大大简化。状态转移的操作时间并不随量子位数的增加而增加。当系统的耗散可以忽略时，由于不需要测量，量子态可以以确定性的方式转移。此外，在整个操作过程中，耦合器qutrit的较高能量的中间能级不被激发，因此来自qutrit的退相干被极大地抑制。作为一个具体的例子，我们数值证明，高保真传输的两个SPS量子比特到两个CS量子比特的贝尔状态是可以实现的，在当今的电路QED技术。最后，值得注意的是，当耗散可以忽略时，可以通过执行逆操作将n个CS量子比特的纠缠态转移回n个SPS量子比特。这个方案是相当普遍的，并且可以通过使用天然或人造原子来耦合2n个微波或光学腔来完成相同的任务。
2021-07-09 quant-ph
Decoherence control in microwave cavities
我们提出了一个方案，能够保护腔模的量子态免受光子损失的散肩效应。该方案保持了量子态具有确定的宇称，并改进了先前的腔中退相干控制方案。它是通过将单个原子一个接一个地发送通过腔来实现的。原子状态首先与光子数奇偶性相关。错误的宇称导致原子处于上态。然后，在这种状态下的原子被用来通过绝热转移在模式中注入光子，校正场宇称。通过数值求解系统的精确主方程，我们表明，简单的量子态的保护，可以用现有的实验装置实验证明。
2002-11-18 quant-ph
Spin Qubits in Photon-Coupled Microwave Cavities
Ohio University（俄亥俄大学）
本文提出一种模块化架构，通过单光子交换波导耦合含有限量子比特的独立微波腔，解决传统量子比特架构缩放时传输幅度降低的问题，为可扩展量子计算硬件提供可行方案。
2026-08-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Development of a broadband reflective T-filter for voltage biasing high-Q superconducting microwave cavities
我们提出了一种反射式阻带滤波器的设计，准集总元件的基础上，可以利用引入大的直流和低频电压偏置到一个低损耗的超导共面波导（CPW）腔。滤波器的传输测量被认为是在良好的协议与模拟，并证明插入损耗大于$20\,{\rm dB}$的范围内的${\rm 3\,to\,10\,GHz}$。此外，传输测量的CPW的基本模式表明，加载的品质因数超过$10^5$可以实现与这种设计的直流电压一样大的${\rm 20\,V}$和腔在单光子制度。这使得该设计适用于许多应用，包括量子位耦合机械系统和电路QED。
2014-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating neutrino oscillations on a superconducting qutrit
针对中微子振荡参数测量难题，研究将三味中微子编码到IBM transmon构建的超导qutrit中，用单qutrit门实现PMNS理论下的时间演化，在三种场景下硬件模拟与解析计算吻合良好。
2023-02-10 quant-ph
One-step implementation of a multi-target-qubit controlled phase gate with cat-state qubits in circuit QED
提出了一种多目标量子位控制相位门的单步实现方法，其中一个猫态量子位（\textit{cqubit}）同时控制$n-1$目标\textit{cqubits} . \textit{cqubit}的两个逻辑状态由单腔模式的两个正交猫态表示。在这个方案中，门是用$n$微波腔耦合到一个超导transmon qutrit。由于在门操作期间quutrit保持在基态，所以由于quutrit的能量弛豫和退相而引起的退相干被极大地抑制。门的实现是相当简单的，因为只需要一个单步操作，既不需要经典的脉冲，也不需要测量。数值模拟结果表明，利用现有的电路QED技术，高保真实现一个cqubit同时控制两个目标cqubit的受控相位门是可行的.该方案可以扩展到广泛的物理系统来实现所提出的门，例如耦合到自然或人工三能级原子的多个微波或光学腔。
2019-10-18 quant-ph
Universal controlled-phase gate with cat-state qubits in circuit QED
猫态量子比特（用猫态编码的量子比特）由于其具有量子纠错的增强寿命，最近引起了人们的广泛关注。本文提出了一种通过两个微波谐振器耦合到超导transmon量子阱来实现两个猫态量子比特的通用受控相位门的方法。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。该方案只需要两个基本操作，既不需要经典脉冲，也不需要测量，因此门实现简单。数值模拟表明，用电流电路QED技术实现这种门的高保真度是可行的。该方案具有较强的通用性，可用于实现两个微波谐振腔或两个光学腔耦合到单个三能级自然或人工原子的门。
2017-08-15 quant-ph
Advancements in Superconducting Microwave Cavities and Qubits for Quantum Information Systems
本文综述超高Q因子超导微波腔、Josephson结量子比特及三维玻色编码量子比特的进展，分析退相机制与相干性挑战，并展望新材料、拓扑模式、纠错和光-物质效应。
2023-04-18 physics.app-ph quant-ph
3D microwave cavity with magnetic flux control and enhanced quality factor
具有大模体积的三维（3D）超导微波腔通常具有高品质因数（$>10^6$）。这是由于对表面介电损耗的灵敏度降低，表面介电损耗是二维传输线谐振器中的耗散的限制源。近年来，三维微波腔被广泛应用于超导量子比特的耦合和相互作用，为量子信息处理和混合量子系统提供了一个通用的平台。目前出现的问题是3D超导腔不允许对嵌入这些腔中的量子位进行磁场控制。相比之下，由普通金属制成的微波腔可以对磁场透明，但是经历低得多的品质因数（$\sim 10^4$），这否定了3D架构的许多优点。在尝试创建桥接这两种类型的腔之间的间隙的具有磁场控制和高品质因数的装置时，我们创建了混合3D腔。这个新腔体主要由铝组成，但也包含一个小的铜插入件。我们测得的混合腔的内部品质因数为$102000$，这是一个数量级的改善，所有以前测试的铜腔。我们的混合腔具有的额外好处是，它还提供了一个改进的热链接到样品，超导腔单独不能提供。为了证明腔体内的精确磁控制，我们对放置在腔体中的三个超导量子比特进行了光谱分析，其中每个量子比特的频率的单独控制是通过连接到腔体的小线圈来实现的。这种三维混合腔在品质因数和磁场控制方面有了很大的改进，使其成为一种有吸引力的电路量子电动力学实验新平台。
2016-03-24 quant-ph
Interfering with decay of a single photon in microwave cavities through single photon quantum non-demolition scheme
在Nogues及其同事最近开发的实验装置中，微波腔中单个光子的衰变被与共振二能级原子的相互作用所延迟[见G. Nogues，A. Rauschenbeutel，S. Osnaghi，M. J. M.布伦Raimond和S. Haroche，Nature vol 400，239（1999）]。该效应可以解释为光子从腔中暂时移除，从而保护其免受腔耦合的环境的影响。现实的参数导致显着增加的生存概率的光子随后的监测相互作用。
2001-05-01 quant-ph
High Quality 3-Dimensional Aluminum Microwave Cavities
我们提出了一个全面的研究内部品质因数超导几何三维铝腔。我们使用湿蚀刻、退火和电化学抛光来改善加工的品质因数。我们发现，占主导地位的损失渠道是分裂的两个层次的系统损失和一个未知的来源与60：40的比例。共17个不同纯度，谐振频率和尺寸的腔进行了研究。我们的治疗结果在可重复的腔，其中十个显示出内部品质因数超过80万，在对应于腔中的单个光子的平均功率。最好的腔在单光子水平上具有1.15亿的内部品质因数。
2020-06-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Universal quantum gate with hybrid qubits in circuit quantum electrodynamics
混合量子比特在量子计算中引起了广泛的关注。我们在这里提出了一种通过耦合到超导通量量子组的两个三维（3D）微波腔实现两个混合量子比特的通用受控相位门的方法。对于这里考虑的门，控制量子比特是微波光子量子比特（类粒子量子比特），其两个逻辑状态由一个腔的真空态和单光子态编码，而目标量子比特是猫态量子比特（类波量子比特），其两个逻辑状态由另一个腔的两个正交猫态编码。在门操作期间，qutrit保持在基态，因此从qutrit的退相干被大大抑制。门电路的实现非常简单，因为它只采用一个基本操作，既不使用经典脉冲，也不使用测量。我们的数值模拟表明，与电流电路QED技术，这种门可以实现高保真度。该提议的一般性允许在广泛的物理系统中实现所提出的门，例如耦合到天然或人工三能级原子的两个1D或3D微波或光学腔。最后，这个方案可以用来在类粒子光子量子比特和类波猫量子比特之间产生一种新的纠缠态。
2019-10-18 quant-ph
Circuit QED with qutrit: coupling three or more atoms via virtual photon exchange
我们提出了一个模型来描述一个通用的电路QED系统，它由多个人造三能级原子，即量子，强耦合到一个腔模。当原子的态跃迁不服从选择规则时，不守恒激发数的过程会决定性地发生。因此，我们可以通过虚光子的交换来实现三个或多个原子之间的相干交换相互作用。此外，我们还将单腔模介导的相互作用推广到多腔情形，提供了一种使位于不同腔中的原子纠缠的方法。利用实验上可行的参数，我们研究了包含三个循环跃迁三能级原子的模型的动力学，其中最低的两个能级可以看作量子比特。因此，我们发现两个量子比特可以以相干和可逆的方式与一个量子比特共同交换激发。在整个过程中，原子在第三能级的布居可以忽略不计，腔光子数远小于1。我们的模型提供了一个可行的方案来耦合多个遥远的原子在一起，这可能会发现应用在量子信息处理。
2017-06-25 quant-ph
Frequency Fluctuations in Tunable and Nonlinear Microwave Cavities
我们提出了一个模型的频率波动可比的总腔线宽可能会出现在可调谐和非线性微波腔，以及这些波动如何影响散射矩阵元素的测量。将该模型应用于双面腔的具体情况，我们得到了几种重要情况下平均散射矩阵元的封闭形式的表达式。我们的模型的一个关键签名是复杂平面中散射矩阵元素扫出的轨迹的微妙变形。尽管有这个特征，波动和非波动模型在质量上是相似的，足以被误认为是另一个。在可调谐腔的情况下，我们表明，如果一个人没有考虑到这些波动，那么人们会发现阻尼率似乎取决于调谐参数，这是一个常见的观察，在这样的系统。在克尔腔的情况下，我们表明，存在一个基本的下限，这些频率波动的规模在稳态下，由量子力学的不确定性，这可以明显影响的非线性接近单光子水平的强度的腔的表观阻尼率。然而，通过使用我们提出的模型作为实验数据的拟合函数，可以提取腔的真实阻尼率和这些频率波动在散射测量的带宽上的有效尺度。最后，我们比较这种新的方法来观察频率波动的其他方法，其中之一，我们超出了政权的小波动。
2020-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Entangled atomic ensemble and an yttrium-iron-garnet sphere in coupled microwave cavities
本研究提出耦合微波腔方案，实现原子系综与YIG球的远距离二体、三体纠缠，验证了纠缠的温度鲁棒性，表明腔-腔耦合强度可调控纠缠程度与转移，优化远距离纠缠性能。
2024-04-12 quant-ph
Feedback stabilization of the resonant frequency in tunable microwave cavities with single-photon occupancy
我们成功地证明了低频噪声抑制的谐振频率波动的腔嵌入式库珀对晶体管（cCPT）在单光子占用驱动。特别是，我们报告了减少的谐振频率波动所造成的内部电荷噪声超过带宽的$\sim$ 1.4 kHz时，腔驱动的平均光子数$n=10$，和平均$n=1$的带宽为11 Hz。cCPT的门相关的可调谐性允许我们实现一个反馈方案，来自庞德-德雷弗-霍尔锁定技术。这减少了由于固有电荷噪声引起的波动，否则会干扰cCPT作为近量子极限静电计的操作。我们相信，我们的技术可以推广到实现可调谐微波谐振器中的频率稳定，可调谐微波谐振器在当今的量子计算架构中发挥着至关重要的作用，从而缓和了由这种电路器件上的固有$1/f$噪声引起的检测限制。这项工作讨论了有关的各个方面的操作一个功能齐全的反馈回路下降到单光子水平。
2022-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum electrodynamics of non-demolition detection of single microwave photon by superconducting qubit array
通过一贯地应用量子电动力学的形式主义，我们发展了一个全面的理论框架，描述了单个微波光子与波导谐振腔中超导transmon量子比特阵列的相互作用。特别地，我们分析了微波光子对阵列响应于激发谐振器的弱探测信号的影响。研究表明，高品质因数腔提供更好的光谱分辨率的响应，而具有中等品质因数腔允许更好的灵敏度为一个单光子检测。值得注意的是，我们的分析表明，在实际的系统参数范围内，即使是腔中的单个量子比特也可以检测到单光子信号。我们还讨论了光子的量子特性和谐振腔的电动力学特性对量子比特阵列响应的影响。我们的研究结果提供了一个有效的理论背景，通知量子器件的开发和设计组成的量子位阵列，特别是对于那些使用腔的传输或反射的显式表达式是必需的。
2022-12-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Correlations due to localization in quantum eigenfunctions of disordered microwave cavities
在量子混沌和无序微波腔的实验本征函数的统计特性中观察到了由于局域化而产生的非普适相关性。变化的能量{E}和平均自由程{l}使我们能够通过实验从定域态调谐到离域态。观察到大的水平到水平的反参与比（IPR I_{2}）的波动的无序台球，其分布是强烈的不对称< I_{2} >。本征函数的密度自相关性呈指数衰减，衰减长度由实验确定。所有的结果都与基于非线性σ模型的计算定量一致。
2000-03-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall nlin.CD
Hybrid microwave-optical scanning probe for addressing solid-state spins in nanophotonic cavities
基于固态原子缺陷的自旋-光子界面在量子信息处理中有着广泛的应用。为了最大化光-物质耦合强度，通常在纳米器件内部放置缺陷。将光和微波辐射有效地耦合到这些结构中是一项实验挑战，特别是在样品访问受限的低温或高真空环境中。在这项工作中，我们展示了一个基于光纤的扫描探针，同时耦合到一个平面光子电路的光，并提供高功率微波驱动电子自旋跃迁。光学部分实现了46%的单向耦合效率，而微波部分提供了强度高达9高斯的交流磁场。整个探头可以在$^3$ He低温恒温器内的大量设备上进行扫描，而无需自由空间光学访问。我们证明了这种技术与硅纳米光子电路耦合到单个Er $^{3+}$离子。
2020-12-11 physics.optics quant-ph
State-independent experimental tests of quantum contextuality in a three dimensional system
我们实验观察到状态独立的违反Kochen-Specker不等式的最简单的不可分的量子系统，体现量子上下文，一个三能级（qutrit）系统。我们用一个被俘获的^{171}Yb^{+}离子进行了实验，通过将^{171}Yb^{+}离子的三个基态映射到一个qutrit系统，并通过施加与qutrit跃迁频率共振的微波进行量子操作。我们的结果是免费的检测漏洞，不能解释的非上下文隐变量模型。
2012-09-18 quant-ph
Integrating planar circuits with superconducting 3D microwave cavities using tunable low-loss couplers
本研究设计测试了超导3D微波腔与2D电路的低损耗可调接口，集成环形天线与约瑟夫森结耦合元件，实现了宽范围高速耦合调谐，损耗低且无微波干扰，适用于高光子数场景。
2023-06-15 quant-ph
From chaos to disorder: Statistics of the eigenfunctions of microwave cavities
我们研究了混沌和无序微波台球的实验本征函数的统计，其空间分布的时刻，如逆参与比（IPR）和密度-密度自相关。从混沌到无序的路径描述在增加知识产权。在混沌、弹道极限下，数据与随机矩阵理论的普遍结果符合得很好。从普遍分布的偏差，观察到由于无序引起的本地化，并为弱无序的情况下，数据是很好地描述，包括有限的电导和平均自由程贡献的框架内的非线性西格玛模型的超对称性。
2002-05-29 cond-mat.mes-hall nlin.CD quant-ph
Ramsey interferometry of Rydberg ensembles inside microwave cavities
我们研究了里德伯原子系综在一个受限的电磁环境，如由微波腔。标准自由空间伊辛型和腔介导的相互作用之间的竞争导致出现不同的制度，其中粒子-粒子耦合范围从典型的范德华$r^{-6}$行为到$r^{-3}$和$r$ -独立性。我们应用拉姆齐光谱技术映射到一个特征信号，如强度和对比度衰减曲线的两体相互作用。与之前需要高密度以获得相当大的对比度和相位衰减的治疗相反，空腔方案可以在低得多的密度下表现出类似的行为。
2018-06-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Fast Arbitrary Qutrit Gates for NV Centers in the Low-Field Regime
Universidad Politécnica de Cartagena（卡塔赫纳理工大学）；Escuela Politécnica Superior, Universidad CEU Fernando III（CEU费尔南多三世大学高等理工学院）
本文提出利用单色微波脉冲实现NV中心低场 regime 中快速任意三能级门，通过相位和持续时间的拼接扩展了NV-ERC方案，展示了如何将任意SU(3)操作分解为双量子子空间的旋转及与λ5和λ8生成元的有效实现。
2026-03-13 quant-ph
Fast and simple scheme for generating NOON states of photons in circuit QED
纠缠的产生、操纵和基本理解是量子力学的核心。在众多的纠缠态中，NOON态是一种特殊的量子纠缠态，两个正交分量态处于最大叠加态，在量子通信和量子信息处理中有着广泛的潜在应用。本文提出了一种在两个超导谐振腔中用单个超导传输子产生光子NOON态的快速简单方案。由于只使用了一个超导量子阱和两个谐振腔，与以前的方案相比，该方案的实验装置大大简化，需要设置两个超导量子阱和三个腔。此外，该方案比以前的方案更容易和更快地实现，以前的方案需要使用复杂的微波脉冲或小脉冲拉比频率，以避免非谐振跃迁。
2014-01-31 quant-ph
Generation of entangled tripartite states in three identical cavities
研究了当三个耦合腔交换两个相干光子且处于N = 2，4，6流形中时，腔间纠缠的产生，其中$N$表示任意一个腔中可能存在的最大光子数.腔中原子和光子的组合态由N = 2的qudit、N = 4的五维qudit和N = 6的七维qudit给出。对于相互作用的三腔系统，算符$\hat{N}$的守恒性将三重态的总数限制为6、18和38，而不是通常的N = 2、4和6时的$3^3=27$、$5^3=125$和$7^3 =343$态。在大跳跃强度的限制下，研究了一般初始非纠缠三重态纠缠的确定性产生，所有解都是解析的，并以指数函数形式给出.为了获得最大纠缠态，分析了几种三重纠缠。
2012-03-19 quant-ph
Quantum phase modulation with acoustic cavities and quantum dots
在微波频率下对光进行快速、高效和低功率调制对于芯片级经典和量子处理以及超导量子处理器的远程网络至关重要。一个成功的方法来弥合微波和光子之间的差距一直是使用中间平台，如声波，它可以有效地耦合到各种量子系统。在这里，我们使用千兆赫兹频率聚焦表面声波腔GaAs压电耦合到超导电路和参数耦合，通过应变，从InAs量子点散射的光子。我们证明了强调制的单光子的半波电压低至44 mV，和亚自然调制边带线宽。这些示范铺平了道路，有效和低噪声的量子信息之间的微波和光域的转导。
2021-12-17 quant-ph
