Photon Generation from Quantum Vacuum using a Josephson Metamaterial
当系统的欧拉-拉格朗日运动方程中的一个参数被调制时，粒子可以从量子真空中产生。这种现象被称为动态卡西米尔效应，并且最近在超导电路系统中通过实验实现，例如通过使用由共面波导制成的调制谐振器或形成约瑟夫森超材料的超导量子干涉器件（SQUID）阵列。在本文中，我们考虑一个简单的电路模型的动态Casimir效应，由一个LC谐振器，与外部调制在10.8 GHz的电感器和谐振频率可调的范围为$\pm$ 400 MHz的5.4 GHz左右。电路分析经典使用电路仿真器（APLAC）。我们证明，如果一个额外的源的经典噪声耦合到谐振腔（量子真空的顶部），例如通过耗散的“内部模式”，然后在腔中的光子的光谱将呈现两个强烈的不对称分支。然而，根据动态卡西米尔效应的理论，这些分支应该是对称的，我们的实验数据证实了这一预测。因此，这里给出的模拟表明，在我们的约瑟夫森超材料实验中产生的光子的起源是量子真空，而不是一个虚假的经典噪声源。
2014-01-30 cond-mat.mes-hall gr-qc quant-ph
Tailoring optical metamaterials to tune the atom-surface Casimir-Polder interaction
超材料是一种很有吸引力的工具，它不仅可以构造表面等离子体和电磁波，还可以构造电磁真空涨落。塑造量子真空的可能性是一个强大的概念，最终允许工程宏观表面和量子发射体（如原子，分子或量子点）之间的相互作用。长程原子-表面相互作用，被称为Casimir-Polder相互作用，在量子电动力学中具有根本的重要性，但也吸引了对原子与纳米光子器件的界面平台的极大兴趣。在这里，我们进行了光谱选择性反射测量的Cs（6 P_{3/2}）原子和纳米结构的金属平面超材料之间的Casimir-Polder相互作用。我们表明，通过工程超材料的近场等离子体共振，我们可以成功地调整Casimir-Polder相互作用，表现出强烈的增强和减少相对于其非共振值。我们还表明，由于其与纳米结构的倏逝模耦合的原子自发发射率的增强。探测非平凡剪裁表面附近的激发态原子是量子电动力学的一个严格测试。工程Casimir-Polder相互作用代表了在极端近场中原子捕获的重要一步，可能不使用外部场。
2018-02-22 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Transparency-engineered SQUID cells for Kerr-free three-wave-mixing Josephson metamaterials
Università degli Studi di Salerno（萨莱诺大学）；INFN, Sezione di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR-SPIN（意大利国家研究委员会 SPIN 研究所）；QuantWare（QuantWare 公司）；University of Sannio（桑尼奥大学）
本研究提出一种用于无克尔三次混频约瑟夫森超材料的透明度工程rf-SQUID单元，推导了无克尔条件，确定了工作脊线，为克尔抑制约瑟夫森行波参量放大器提供了设计原理。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Mobile Topological Su-Schrieffer-Heeger Soliton in a Josephson Metamaterial
本文提出具有子晶格对称性的玻色子 Su-Schrieffer-Heeger 约瑟夫森结阵列模型，并利用局部静电门实现拓扑孤子态的绝热移动，实验可达时间尺度下保真度近乎完美。
2023-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Casimir-Josephson force on a point contact between two superconductors
本文计算了连接两个超导体的点接触上的Casimir-Josephson力，发现连续谱量子涨落主导该力，并给出了力与相位差和长度的关系式，与仅考虑离散谱的早期工作进行了比较。
2023-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Dispersive Casimir Pressure Effect from Surface Plasmon Quanta by Quasi 1D Metal Wires in Ferrite Disks and The Josephson Frequencies and Currents
铁氧体由于其独特的自旋旋进特性而成为电磁应用的独特材料。本文研究了在铁氧体和金属丝构成的层状结构中利用磁调谐表面等离子体量子产生Casimir压力效应。先前，振荡表面等离子体激元量子被成功地包括以修改第一反射和第一透射特性。在这样的系统中，在修改的反射中振荡的表面等离子体激元量子，不仅解决了在超材料中的典型物质，而且还提供了新的应用，例如通过本文所示的超材料复合材料产生Casimir压力效应。Casimir压力从吸引态到排斥态的翻转被认为是引起表面等离子体量子辐射的机制。Casimir力分析和辐射测量数据都表明，系统在铁磁共振诱导的电通量作用下发展为量子化态。量子分析被用来理解我们的实验测量的离散辐射谱。离散辐射的再现使用含时薛定谔表示。结果，我们发现约瑟夫森频率和约瑟夫森电流表示在室温下，我们用它们外推的激发铁氧体中感应的电压。在X波段的约瑟夫森频率能够区分微米伏差，它允许我们报告的数据，在室温下的铁氧体中的铁磁共振感应电压。当我们开始考虑能量物质时，我们知道辐射强度取决于末态密度和激发概率。在X波段波导内产生高达20mW的微波功率似乎是可能的。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Tunable microwave impedance matching to a high impedance source using a Josephson metamaterial
我们报告了一个$50\,Ω$微波电路的高阻抗导体的有效耦合。我们使用的阻抗Transformer组成的$λ/4$共面谐振器，其内部导体包含一个超导量子干涉器件（SQUID）的阵列，提供了一个大的和可调的线性电感$\mathcal{L}\sim 80 μ_0$的谐振器，导致在一个大的特性阻抗$Z_C\sim 1\,\mathrm{k}Ω$。阻抗匹配效率的特征在于测量由连接到谐振器的直流偏置高阻隧道结发射的散粒噪声功率。我们演示了在$15$到$35\,\mathrm{k}Ω$范围内的阻抗匹配，其带宽高于$100\,\mathrm{MHz}$，谐振频率在$4$到$6\,\mathrm{GHz}$范围内可调。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Mode structure and polaritonic contributions to the Casimir effect in a magneto-dielectric cavity
我们提出了一个完整的分析模式的频谱在由两个平行的板，其中之一是磁介质，例如超材料，而另一个是金属形成的腔，并获得色散关系的封闭形式。腔壁的光学特性描述的有效介电常数和磁导率的现实模型。表面极化激元，即电磁模式，至少有部分的倏逝字符，被证明是占主导地位的卡西米尔相互作用在小的分离。我们详细分析了s-极化极化激元，这是一个磁介电配置的特性，并讨论了它们在排斥卡西米尔力的作用。
2013-08-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
A quantum model for rf-SQUIDs based metamaterials enabling 3WM and 4WM Travelling Wave Parametric Amplification
提出了单光子水平下约瑟夫森基超材料三波混频和四波混频的量子模型。所考虑的传输线，即行波约瑟夫森参量放大器（TWJPA），是由一串rf-SQUID组成的双极，其可以被直流电流或磁场偏置以激活3 WM或4 WM非线性。该模型利用哈密顿方法来分析确定的时间演化的系统都在海森堡和相互作用的图片。前者返回放大器增益的解析形式，而后者允许恢复多模态Fock和相干输入态的光子布居的概率分布与时间的关系。的超材料的非线性的依赖性的电路参数在一个集总模型框架，同时评估的实验条件对模型有效性的影响。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Multistability and Self-Organization in Disordered SQUID Metamaterials
平面阵列的磁感应耦合射频SQUID属于新兴的一类超导超材料，包括约瑟夫森效应。SQUID超材料从其构成元件的谐振特性获得其电磁特性，即，单个的rf SQUID由被约瑟夫森结中断的超导环组成。我们调查的二维SQUID超材料的响应频率变化的施加的交变磁场中存在的障碍，所产生的临界电流波动的约瑟夫森元件;实际上，单个SQUID的谐振频率随机分布的平均值。在有序和无序的SQUID超材料中，在总电流-频率曲线中都观察到双稳态;此外，通过提高SQUID振荡器之间的同步，无序有利于双稳态。相对较弱的无序通过帮助系统自我组织而显著地拓宽了双稳态区域，并导致几乎均匀的状态随着频率的变化而平滑地变化。此外，通过耦合和同步的协同作用，超材料的总电流比未耦合的SQUID的总电流有所增加。几乎均匀状态的多稳定性允许超材料表现出对应于不同的磁导率值的不同磁响应。在低功率的入射场，高电流状态下表现出极端的抗磁特性对应于负磁导率在一个狭窄的频率区域。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz Metamaterial Renormalization of Superconducting Josephson Plasmons in La$_{1.85}$Sr$_{0.15}$CuO$_4$
本研究通过超材料谐振器阵列与铜氧化物超导体LSCO的约瑟夫森等离激元耦合，实现了太赫兹频率的重整化，并展示了可调谐ENZ超材料的非线性响应，为腔操控超导研究提供了新视角。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Evanescent-mode Casimir-Josephson force and gate-controlled resonances in ballistic graphene Josephson junctions
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等科学研究院）
本研究建立弹道石墨烯约瑟夫森结相位依赖平衡力学响应的微观散射理论，揭示了倏逝模力的特性、栅控振荡与两种转变机制，拓展了超导诱导力学力的研究体系。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial
最近，将超导量子比特的量子态和纳米机械振荡器的位置编码成微波场的状态已经成为可能。然而，为了对量子比特的状态进行理想的测量，或者以量子限制的灵敏度检测机械振荡器的位置，需要不添加噪声的放大器。如果放大器增加的噪声小于半个量子，它也可以挤压电磁真空的量子噪声。真空的高压缩态是一种重要的量子信息源。它们可以用来产生纠缠或实现反作用回避的位置测量。在这里，我们介绍了一个通用的参数设备，它工作在4和8 GHz之间的频带。它是一种亚量子限制的微波放大器，它放大的量子噪声高于商用放大器的附加噪声，并将量子波动压缩10 dB。
2008-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Chimera states and synchronization in magnetically driven SQUID metamaterials
超导量子干涉仪（SQUID）超材料是一种超导人工介质，其功能依赖于其几何结构、超导特性和约瑟夫森效应。最近的一维和二维射频（rf）SQUID超材料的实验已经揭示了他们的宽带调谐，显着降低损耗，动态多稳态，和可调宽带透明。最简单的rf SQUID包括一个由约瑟夫森结中断的超导环;该器件是一个高度非线性的谐振器，对外加磁场有很强的响应。SQUID超材料表现出特殊的磁性，如负抗磁磁导率，预测量子和经典制度。所施加的交变场在SQUID环中感应出（超）电流，因此通过偶极-偶极磁力耦合。这种相互作用由于其磁性而很弱。然而，它非局部地耦合SQUID，因为它作为它们的中心到中心距离的逆立方而下降。
2016-01-19 cond-mat.mes-hall nlin.CD
Electro-mechanical Casimir effect
动态Casimir效应是一种有趣的现象，其中光子是由于某些边界条件的非绝热变化而从真空中产生的。特别是，它将加速机械镜的运动与光子的产生联系起来。虽然存在证明这种效应的开创性实验，但仍然缺少涉及机械生成的结论性测量。我们表明，一个混合系统组成的压电机械谐振器耦合到超导腔可以允许机电产生可测量的光子从真空中，本质上与动态卡西米尔效应。这样的实验可以基于直接耦合到超导腔的膜体声波谐振器利用当前技术来实现。我们的研究结果预测了一个可测量的光子产生率，通过额外的改进，如使用超导超材料，可以进一步提高光子产生率。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Repulsive Casimir forces with finite-thickness slabs
利用推广的Lifshitz理论研究了有限厚度有效介质板间Casimir力的行为。我们首先研究了半无限大Drude金属与有衬底和无衬底的有限厚度磁性平板之间的相互作用。对于没有基板，大距离$d$依赖的力是排斥性的，并作为$1/d^5$ ;对于德鲁德金属基板，一个稳定的平衡点出现在一个中间的距离，可以通过调整板的厚度。然后，我们研究了两个相同的手征超材料板之间的相互作用与无基板。对于没有基板，有限厚度的平板$D$不影响显着的排斥力的字符在短距离，而在大距离的吸引力字符变得较弱，并表现为$1/d^6$ ;德鲁德金属基板，有限厚度的平板$D$不影响排斥力太多，在短距离，直到$D=0.05λ_0$。
2010-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Effects of Strong Capacitive Coupling Between Meta-Atoms in rf SQUID Metamaterials
本文首次研究了重叠几何结构中 rf SQUID 之间的强电容与电感耦合效应，通过建立规范不变相位运动方程并扩展至 $N\ imes N\ imes 2$ 阵列，揭示了电容耦合引发的全新自谐振响应，并经理论、数值与 10-30 GHz 实验验证。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Charge and Spin Effects in Mesoscopic Josephson Junctions
本文研究了低维超导弱链中的电荷和自旋效应。第一部分综述了超导体/Luttinger液体/超导体结中电子-电子相互作用的影响。这种介观混合系统的实验实现可以是单个的单壁碳纳米管，其桥接两个大块超导体之间的间隙。通过一个Luttinger液体在完美和不良传输结的限制直流约瑟夫森电流进行评估。讨论了SNS长结中的约瑟夫森效应与卡西米尔效应之间的关系。在论文的第二部分中，我们回顾了有关Zeeman和Rashba相互作用对二维电子气中制备的弹道S/QW/S结热力学性质影响的最新结果。结果表明，在磁控结中，存在产生共振库珀对跃迁的条件，这种跃迁导致隧道结中的巨超电流和多通道SNS结的巨磁响应。预测了在与超导体连接的一维量子线中，塞曼和Rashba相互作用的联合作用所引起的超导电流。
2004-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A tunable Josephson platform to explore many-body quantum optics in circuit-QED
现在，将隔离的发射器耦合到电磁场的单一模式是常规实现的，并且很好地理解。目前的努力旨在探索耦合到几个电磁模式（EM）的发射器的相干动力学。自由最近，已经实现了到传输线的超强耦合，其中发射器谐振加宽到其频率的显著分数。在这项工作中，我们获得了显着改善控制这一制度。我们通过结合transmon量子比特的简单性和定制的EM环境与高密度的离散模式，托管在超导超材料内来实现这一点。这产生了一种独特的设备，其中可以直接监控量子位和多达10种环境模式之间的杂交。此外，量子位共振的频率和加宽可以在原位彼此独立地调谐。我们的实验表明，我们的设备结合了这种可调谐性与超强耦合和量子位非线性系统中的其他相关的能量尺度。我们还开发了一个定量的理论描述，不包含任何唯象参数，并准确地考虑到我们的大规模量子线路的真空涨落制度的超强耦合和中间非线性。这个新平台的演示与定量建模相结合，使实验研究量子光学中的多体效应的前景更加接近。当前设备的限制是量子位的中间非线性。进一步推动它将诱导充分发展的多体效应，如巨大的兰姆位移或多模光场的非经典态。观察这种效应将在量子光学和量子杂质物理学之间建立有趣的联系。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Localized Edge States in Stacked Al/Ni Multilayers: Possible Evidence of Chiral Hinge Modes
该研究通过相敏Josephson干涉测量在Al/Ni铁磁多层膜Josephson结中发现类SQUID振荡，提示存在局域于边界的手性Andreev边缘态。
2025-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Observation of quantum many-body effects due to zero point fluctuations in superconducting circuits
本研究通过将非线性Josephson结连接至高阻抗传输线，直接观测了开放量子系统中由零点涨落驱动的非微扰效应，发现其频率偏移远超天然原子，并揭示了超越标准Caldeira-Leggett范式的显著反作用，为多体Hamiltonians定制和高阻抗量子比特开发开辟了新前景。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
