Nonclassical microwave radiation from the parametric dynamical Casimir effect in the reversed-dissipation regime of circuit optomechanics
University of Isfahan（伊斯法罕大学）；Center of Quantum Science and Technology, University of Isfahan（伊斯法罕大学量子科学与技术中心）；Department of Physics, College of Science, University of Tehran（德黑兰大学理学院物理系）；Quantum Remote Sensing Lab, Quantum Metrology Group, Iranian Center for Quantum Technologies（伊朗量子技术中心量子计量组量子遥感实验室）；Quantum Optics Group, Department of Physics, University of Isfahan（伊斯法罕大学物理系量子光学小组）；Laboratory of Photonics and Quantum Measurement, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne（洛桑联邦理工学院光子学与量子测量实验室）；EDWATEC SA
该研究提出一种在反耗散 regime 中利用参数动态Casimir效应产生非经典微波辐射的光学机械学系统，通过Kerr非线性实现亚泊松统计和负威格纳函数等非经典特性。
2025-11-30 quant-ph
Correlation properties of interfering electrons in a mesoscopic ring under nonclassical microwave radiation
介观环中的干涉电子被经典和非经典微波辐照。电荷的平均强度作为时间的函数计算，它被发现，它取决于辐射电磁场的性质。对微波的各种量子态，计算了电子自相关函数，表明外场的量子噪声影响电荷的干涉。双模纠缠微波也被认为是和相应的可分离态的结果进行了比较。在这两种情况下，结果取决于两个频率的比率是有理数还是无理数。
2002-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Dynamics of a V-type atom inside a deformed cavity field and in the presence of an external Microwave field
本文研究了外部微波场下V型原子在变形腔场中的相互作用，基于变形Jaynes-Cummings模型推导哈密顿量，分析了Mandel Q参数、量子纠缠与压缩等非经典性质的时间演化及各物理参数的影响。
2024-08-29 quant-ph
Parity-assisted generation of nonclassical states of light in circuit quantum electrodynamics
提出了一种在多模微波腔中产生光的非经典态的方法。我们的方法考虑了发生在由两个扩展腔和一个超强耦合光物质系统组成的系统中的双光子过程。在特定的共振条件下，我们的方法产生，在一个确定性的方式，产品状态的不相关的光子对，贝尔态，W态。我们证明了改进的生成时间时，增加多模腔的数量，并证明了真正的多体纠缠态的产生时，耦合的辅助系统，每个腔。最后，我们讨论了我们的建议在电路量子电动力学的可行性。
2018-08-21 quant-ph
Stabilization of nonclassical states of one- and two-mode radiation fields by reservoir engineering
我们分析了量子油藏工程方法，最初由[Sarlette等人在Phys. Rev. Lett. 107，010402（2011）- arXiv 1011.5057]，用于稳定高质量腔中的非经典场态。我们将该方法推广到两个非简并模共享的介观纠缠态的保护。储存器由原子流组成，这些原子流与腔体进行连续的复合相互作用，每个原子流将共振部分与非共振部分结合起来。我们得到一个详细的洞察工程油藏和退相干之间的竞争。我们表明，操作是相当不敏感的实验缺陷，因此，它可以在不久的将来，无论是在微波腔量子电动力学的背景下，或在电路QED。
2012-03-05 quant-ph
Statistics of the quantized microwave electromagnetic field in mesoscopic elements at low temperature
介观元素中电磁场的量子行为与电荷的量子化密切相关。为了探测这些元素中场的非经典方面，必须将热噪声降低到量子水平，即kT < hν的尺度。这在用于几GHz频率的稀释制冷器中（即在微波域中）容易实现。最近的几个实验强调了在简单的介观元件如隧道结中离散电荷传输和离散光子发射之间的联系。光计数统计推断从测量连续变量，如领域的正交。
2018-04-28 quant-ph
Nonclassical light from an incoherently pumped quantum dot in a microcavity
具有人工单光子发射器的半导体微腔已成为半导体量子光学的支柱之一。然而，在许多情况下，技术和物理问题限制了非相干激发系统的光场的研究。我们分析了单模腔中的二能级系统模型，其中前者是非相干驱动的。所应用的主方程的特定结构产生的内腔场和发射器的相关性的稳态值的递归关系。我们提供了边界条件，可以实现系统的、易于实施的解决方案，并且在数值上比标准方法要求更低。不同的腔系统从以前的实验进行了分析。导出的边界条件也使我们能够直接解析地描述整个量子态及其高阶矩。这样，我们就可以很好地近似出光场的全量子态，并表明，对于每一组物理上合理的系统参数，腔内光场的态都是非经典的。
2015-11-28 quant-ph
Quantum information processing with superconducting qubits in a microwave field
本文研究了在非经典微波场中具有超导环的库珀对盒的量子动力学。我们证明了单光子和多光子过程中拉比振荡的存在，并提出了一种新的基于微波耦合约瑟夫森量子比特的量子计算方案（包括1比特和条件2比特门）.
2003-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Deterministic loading and phase shaping of microwaves onto a single artificial atom
本研究提出利用最优时间波形的相干态和Fock态微波光子，将量子信息高效加载到单个超导人造原子上，实现了超过94%和98.5%的加载效率，并通过相位整形实现了对加载过程的相干控制，为基于波导QED的量子网络应用奠定基础。
2020-12-30 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
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
Giant Cross Kerr Effect for Propagating Microwaves Induced by an Artificial Atom
研究了微波场与人工原子强耦合传输的交叉克尔相移。人工原子是一个超导的传输子量子比特在一个开放的传输线。我们证明了在单光子水平上两个相干微波场之间的平均相移为每光子11度。在高控制功率下，我们观察到高达30度的相移。我们的结果提供了一个重要的一步量子门与传播光子在微波制度。
2012-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral cavity-magnonic system for the unidirectional emission of a tunable squeezed microwave field
该研究提出基于手性腔-磁子系统，利用双色Floquet场驱动YIG球产生边带，结合耗散磁振子模式与波导，实现可调谐压缩微波场的单向发射，且方向可调。
2023-08-30 quant-ph
Sequential nonabsorbing microwave single-photon detector
我们提出了一种非吸收微波单光子探测器，它使用一个人造原子作为一个旅行的光子和高Q谐振腔之间的相干相互作用介质，充分利用光子的到达时间的知识。我们的建议可以用当前的技术水平来实现，并且对于现实的参数，实现了超过98%的可分辨性（区分零和一个光子的概率）。这比任何类似的探测器方案都要好，即使是使用几个人造原子的方案。
2020-08-12 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
Creating photon-number squeezed strong microwave fields by a Cooper-pair injection laser
利用人造原子作为激发激光的介质，开辟了一条新的非经典辐射源。一个例子是光子数压缩光的产生。在这里，我们提出了一种设计的激光器组成的多个库珀对晶体管耦合到一个微波谐振腔。在实验上可实现的参数范围很广，这种激光器产生光子数压缩微波辐射，其特征在于Fano因子$F \ll 1$，在一个非常高的谐振腔光子数。我们研究了库珀对晶体管中栅电荷无序的影响，并表明即使在最大无序的情况下，该系统也可以产生压缩的强微波场。
2017-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single microwave-photon detector using an artificial $Λ$-type three-level system
单光子探测是量子光学实验中必不可少的技术。然而，微波量子的能量比其光学对应物小四到五个数量级，使得有效检测单个微波光子极具挑战性。在这里，我们演示了通过波导传播的单个微波光子的检测。该检测器是用“阻抗匹配”的人工$Λ$系统实现的，该系统包括耦合到微波谐振器的驱动超导量子比特的修饰态。我们获得了单光子探测效率为$0.66 \pm 0.06$，复位时间为$\sim 400$ ~ns。该探测器可用于量子传感、量子通信和量子信息处理等领域。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave Photon Detector in Circuit QED
量子光学光电探测在理解辐射-物质相互作用中占据了核心地位。它还促进了原子物理学和量子光学的发展，包括计量学，光谱学和量子信息处理的应用。量子微波机制，最初探索使用腔和原子，是看到一个新的推动与电路量子电动力学（QED）的非经典传播场的产生。这一前景广阔的领域涉及利用微波光子的量子信息的潜在发展，但由于缺乏光电探测器而受到影响。在这里，我们设计了一个超材料组成的离散超导元件，实现了高效率的微波光子探测器。我们的设计包括一个微波波导耦合到一个亚稳态量子线路阵列，其内部状态是不可逆的改变，由于光子的吸收。该方案可广泛应用于不同的物理系统，并可推广到微波光子计数器的实现。
2009-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterizing Quantum Microwave Radiation and its Entanglement with Superconducting Qubits using Linear Detectors
超导电路发展的最新进展使人们能够在微波频率下实现有趣的非经典辐射源。在这里，我们讨论了场正交检测方案的实验特性的巡回微波光子场和它们的纠缠与固定量子比特。特别地，我们提出了辐射场模式和二能级系统的联合状态层析成像方法。包括有限的量子探测效率的情况下，我们测量的光子场统计广义准概率分布和统计矩的单通道和双通道检测。我们还提出了最大似然方法来重建密度矩阵从测量场正交直方图。我们的理论研究得到了实验数据的支持，为此，已经制备并重建了超越单光子和高斯能级的微波量子场。
2012-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave Quantum Optics with an Artificial Atom
介绍了人工原子微波量子光学的最新进展。这个领域依赖于这样一个事实，即超导人造原子和一维开放传输线中传播的微波光子之间的耦合可以足够强以观察量子相干效应，而无需使用任何腔来限制微波光子。我们研究了共振相干微波系统的散射特性。我们观察到人工原子的强非线性，在强驱动下，我们观察到莫洛三重态。通过应用两个共振音，我们也观察到Autler-Townes分裂。通过利用这些效应，我们展示了两个量子器件在单光子水平的微波制度：单光子路由器和光子数过滤器。这些器件为实现片上量子网络提供了必要的步骤。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall physics.optics 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
Optimal cooling of a driven artificial atom in dissipative environment
研究了环境噪声作用下超导磁通量子比特的微波冷却。对于弱的退相干，我们的分析结果与实验观察到的简并点附近的最佳冷却的微波振幅应线性依赖于直流磁通失谐。随着退相干的增加，更多的振动自由度耦合进来，使得普通的冷却方法效率降低甚至失效。我们提出了一种改进的冷却方法，它可以消除额外的振动自由度的扰动，从而保持高效率，即使在强退相干。此外，我们还指出，在两种方法中，退相干都将调制微波驱动的Landau-Zener跃迁达到最大值的频率，显示出非相干动力学的特征，这对于量子比特和其他量子系统的最佳冷却是非常重要的。
2013-06-02 quant-ph
Microwave amplification via interfering multi-photon processes in a half-waveguide quantum electrodynamics system
本文提出在半无限传输线末端利用 transmon 的 Rabi 边带相长干涉实现微波探测放大，获得约18%的单人工原子最高振幅放大率，并表征自发辐射噪声。
2023-02-15 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
Programmable directional emitter and receiver of itinerant microwave photons in a waveguide
本文从理论上证明了单个微波光子在波导中的动态选择性双向发射和吸收。所提出的设备是一个人造分子，由两个量子比特耦合到波导四分之一波长分开。通过使用基于输入-输出理论的模拟，我们表明，在准备一个适当的纠缠态的两个量子比特，光子被定向发射的相消干涉的结果发生在右侧或左侧的量子比特。此外，我们证明了这种人工分子具有按需吸收和传输入射光子的能力，这是创建完全互连的一维量子网络所必需的功能，其中量子信息可以在任何两个给定的节点之间交换。
2020-11-26 quant-ph
Nonclassical energy squeezing of a macroscopic mechanical oscillator
光力学和机电学已经使得制备处于量子基态、正交压缩态和运动纠缠态的宏观机械振荡器成为可能。除了将更大、更有形的物体引入量子行为体系之外，这种新的能力还鼓励了在量子信息的处理和通信中使用机械振荡器的想法，以及作为超越标准量子极限的精密力传感器。但是，运动与光或电之间的有效线性相互作用排除了对更广泛类别的运动量子态的访问，例如猫态或能量压缩态。事实上，早期的光学机械建议指出，通过创建运动与光的强二次耦合，可以摆脱这种限制。虽然已经有二次耦合光机系统的实验演示，这些还没有访问非经典运动状态。在这里，我们通过将运动二次耦合到库珀对盒（CPB）量子比特的能级来创建非经典态。通过监测量子比特的跃迁频率，我们检测到振荡器的声子分布，而不是它的位置。通过改变振荡器和量子比特的状态的微波频率驱动，我们然后耗散地稳定振荡器在具有43的大平均声子数和大约3的亚泊松数波动的状态。在这种能量压缩态中，我们观察到二次耦合的一个显著特征：由量子比特跃迁引起的机械振荡器的反冲，非常类似于分子中的振动跃迁。
2020-08-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum metamaterials in the microwave and optical ranges
量子超材料将超材料（人造光学介质）的概念推广到它们的光学性质由组成“人造原子”中的量子效应与系统中的电磁场模式的相互作用决定的情况。对这些结构的理论研究表明，许多新的效应（如量子双折射，强非经典态的光，等等）是可以预期的，促使他们的制造和实验研究的努力。本文综述了量子超材料的主要特性，并对这一迅速发展的领域的研究现状进行了综述。量子超材料是连接量子光学、量子凝聚态理论和量子信息处理的桥梁。
2016-01-25 cond-mat.supr-con physics.optics 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
Engineering symmetry-selective couplings of a superconducting artificial molecule to microwave waveguides
将结构化量子发射体的衰变率调整到它们的环境中为非线性量子光学、集体现象和量子通信开辟了新的途径。在这里，我们展示了一种新的人工分子之间的耦合方案，包括两个相同的，强耦合transmon量子比特，和两个微波波导。在我们的方案中，耦合被设计成使得相对于置换算子具有相同（相反）对称性的状态之间的转换主要耦合到一个（另一个）波导。基于耦合的选择性，量化的耦合强度的比率，超过了30倍的波导在我们的设备。此外，我们实现了一个双光子拉曼过程中同时驱动两个波导激活，并表明它可以用来相干耦合不同对称性的单激发流形的分子状态。使用该过程，我们实现了由分子介导的波导频率转换，效率约为95%。最后，我们表明，这种耦合安排使得它可以直接产生空间分离的贝尔态传播的波导。我们设想进一步的应用量子热力学，微波光电探测，光子光子门。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave Experiments Simulating Quantum Search and Directed Transport in Artificial Graphene
最近已经提出了一系列量子搜索算法，与从$N$到$\sqrt{N}$的经典搜索算法相比，提供了代数加速，其中$N$是搜索空间中的项目数。特别是，设计搜索规则格已成为流行的扩展Grover的原始算法的空间搜索。在紧束缚系统中，理论上可以证明，如果晶格谱具有狄拉克点，则在物理相关的2维和3维中进行搜索是可能的。我们在这里提出了一个证明的原理实验，实现波搜索算法和定向波运输的石墨烯晶格安排。这个想法是基于使局部搜索状态与低谱密度的能量区域中的扩展晶格状态共振-即在狄拉克点或附近。该实验是在微波装置中使用经典波来实现的，该微波装置包含以蜂窝布置放置的弱耦合介质谐振器，即，人造石墨烯此外，我们使用线性链实验研究的标度行为。
2015-03-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum wave mixing and visualisation of coherent and superposed photonic states in a waveguide
超导量子系统（人造原子）最近已成功地用于演示微波范围内单原子量子光学的片上效应。特别是，当非线性介质被缩小到单个量子散射体时，一个众所周知的四波混频效应可以揭示一系列超越经典物理学的特征。在这里，我们演示了一个超导人造原子上的量子波混频（QWM）现象。在四波混频中，弹性散射辐射的光谱是相互作用的叠加相干光子态的直接映射。此外，人造原子可视化光子状态统计，区分相干，单光子和双光子叠加状态与量子制度中的有限（量子化）数量的峰值。我们的结果可能为研究人工原子微波光学中的非线性量子效应提供一个新的视角。
2017-09-27 quant-ph
Resonance inversion in a superconducting cavity coupled to artificial atoms and a microwave background
我们演示了如何加热的环境可以反转的驱动腔的线形。我们考虑了超导共面腔与多个人造原子的耦合。所测量的腔传输的特征在于Fano型谐振的形状是连续可调的偏置电流通过附近的（磁通量）控制线。特别地，微波腔的相同色散偏移可以被观察为峰值或谷值。我们发现，这种Fano峰反转是可能的，由于微波传输之间的可调干扰通过背景，具有反应性和耗散性，并通过腔，受偏置电流诱导加热。背景传输由于控制线和传输线之间的串扰而发生。我们展示了如何这样的背景可以占Jaynes-Cummings型模型通过修改腔和传输线之间的边界条件。我们发现，一般情况下，而共振的位置决定系统的能级，共振的形状给系统的波动和耗散的信息。
2019-06-04 cond-mat.mes-hall 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
Scattering of coherent states on a single artificial atom
在这项工作中，我们从理论上分析了一个电路QED设计，传播量子微波与一个单一的人工原子，一个单一的库珀对盒。特别是，我们推导出一个主方程在所谓的transmon政权，包括相干驱动器。受最近实验的启发，我们应用主方程来描述原子的二能级和三能级近似的动力学。在二能级情况下，我们还讨论了如何测量反射场中的光子反聚束，以及有限温度和有限探测带宽对光子反聚束的影响。
2016-02-01 quant-ph
Ultrafast QND measurements based on diamond-shape artificial atom
我们提出了一个量子非破坏（QND）读出方案的超导人工原子耦合到谐振腔中的电路QED架构，我们估计，没有Purcell效应的限制，一个非常高的测量保真度。该器件由两个通过大电感耦合的transmons组成，通过类交叉克尔项相互作用，产生一个菱形人工原子，一个逻辑量子比特和一个辅助量子比特。该辅助元件强耦合到传输线谐振器。根据量子比特状态，辅助物共振地或色散地耦合到谐振器，导致所传输的微波信号幅度的大对比度。这种原始的方法可以用最先进的约瑟夫森参量放大器来实现，从而在几十纳秒内实现QND测量，保真度高达99.9%。
2013-02-15 quant-ph
Electromagnetically induced transparency on a single artificial atom
我们提出了一个宏观的人工“原子”（超导量子系统）耦合到开放的一维空间的传输线的电磁感应透明（EIT）的实验观察。与具有许多原子的光学介质不同，一维空间中的单原子EIT表现为对电磁波反射的抑制，而不是吸收。所观察到的传播微波的反射和透射的几乎100%调制证明了单个人造原子的完全可控性和操纵原子状态的可能性。该系统可作为微波的可切换反射镜，在光子量子信息处理等领域具有良好的应用前景。
2010-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Cavity quantum electrodynamics with dressed states of a superconducting artificial atom
实验研究了人工原子与两个近距离共振模耦合的微波响应。当原子受到其中一种模式的欠驱动时，原子态和模式光子叠加，形成缀饰态。从腔量子电动力学的角度出发，通过与另一个共振模的强耦合，制备了原子的第一、第二和第三激发态的缀饰态，并对其进行了探测。探测音的传输受驱动微波振幅的调制，显示了与原子间能级跃迁相关的多光子过程。我们的系统提供了一个简单的方法来研究的修饰状态，通过驱动一个模式和探测的Landau-Zener转变的其他。
2019-06-16 physics.optics quant-ph
Coupling molecular spin states by photon-assisted tunneling
人工分子只包含一个或两个电子，提供了一个强大的平台，在纳米器件的轨道和自旋量子动力学的研究。这些动力学的一个众所周知的例子是由微波辐射触发的两个耦合量子点之间的电子隧穿。到目前为止，这些隧穿过程一直被视为电偶极允许的自旋守恒事件。在这里，我们报告说，微波也可以激发不同自旋状态之间的隧穿跃迁。在这项工作中，负责违反自旋守恒的主要机制是自旋轨道相互作用。这些跃迁使得对人造氢分子的分子自旋态进行详细的微波光谱分析成为可能，并开辟了通过微波激发实现双自旋系统的完全量子控制的可能性。
2010-10-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonance fluorescence from an artificial atom in squeezed vacuum
本文介绍了在压缩真空中实现共振荧光的一种实验方法。我们强烈耦合微波频率压缩光超导人造原子和检测所产生的荧光与宽带行波参量放大器启用的高分辨率。我们调查的荧光光谱中的弱和强的驱动制度，观察到高达3.1分贝的减少的荧光线宽低于普通的真空水平和一个戏剧性的依赖性的Mollow三重态光谱上的相对相位的驱动和压缩真空领域。我们的结果与压缩真空中二能级原子产生的光谱的预测非常一致[Phys. Rev. Lett. \textbf{58}，2539-2542（1987）]，证明了共振荧光提供了表征低温环境中挤压的资源有效的手段。
2016-07-15 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
Tunable coherent microwave beam splitter and combiner at the single-photon level
针对光学与微波系统对分束/合束组件的需求，本研究提出采用频率可调谐超导人工原子的非线性分束器与合束器，实现单光子水平信号透明度0-1可调及相干光束合并与干涉条纹生成。
2025-03-26 quant-ph
Tunable one-dimensional microwave emissions from cyclic-transition three-level atoms
通过强驱动一个循环跃迁的三能级人造原子，如基于磁通的超导电路，我们表明，相干微波信号可以沿着耦合的一维传输线激发。通常，通过适当地调节所施加的强驱动场的拉比频率或引入具有相同频率的探测场，所产生的微波的强度是可调谐的。在实践中，这里提出的系统可以作为具有可控原子-光子相互作用的片上量子器件工作，以实现用于传播探测场的全反射镜或开关。
2010-10-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent photons and macroscopic cat states generated by a cyclic artificial atom with broken symmetry
提出了一种利用具有$Δ$形（或循环）跃迁的三能级系统产生单模微波场非经典态和宏观猫态的新方法。这种奇异的系统可以通过超导量子线路实现，其有效势具有破缺对称性。利用循环布居数转移，在第三次跃迁中，当外加两个经典场诱导另外两次跃迁时，可以产生可控的单模光子态。这是因为，对于大的失谐，两个经典场等效于一个有效的外力，它导出了量子化的单模。我们的方法不仅适用于超导量子线路，而且适用于任何具有$Δ$型跃迁的三能级量子系统
2005-11-29 quant-ph
Emulating topological chiral magnetic effects in artificial Weyl semimetals
我们实现了高度可调谐的外尔半金属带，并随后模拟了超导量子线路中的拓扑手征磁效应。我们用精心设计的微波场驱动超导量子线路，将晶格的动量空间映射到参数空间，实现了外尔半金属的哈密顿量。通过测量能谱，我们直接将立方晶格的Weyl点成像，并由Berry曲率测量进一步确定其拓扑缠绕数。特别是，我们使用了一个额外的微波场，以产生一个动量依赖的化学势，从中提取的手性磁拓扑电流的存在下，一个人工磁场。这种纯拓扑电流与磁场成正比，这与著名的安培定律相反，并且可能对拓扑材料和量子器件产生重大影响。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Implementation of a Quantum Metamaterial
操纵电磁波通过亚波长尺寸的人工结构的传播是超材料的核心功能。共振结构，如开口环共振器，扮演人造“原子”的角色，并塑造磁响应。超导超材料因其极低的欧姆损耗和通过利用约瑟夫森电感调谐其谐振频率的可能性而成为人们关注的焦点。此外，约瑟夫森电感的非线性性质使得能够制造真正的人造原子。这种超导量子二能级系统（量子比特）的阵列可以用于实现量子超材料。在这里，我们进行了一个实验，其中20个超导通量量子比特嵌入到一个微波谐振器。通过谐振器传输的信号的相位揭示了高达8个量子比特的集体谐振耦合。基于这个原理验证实验的许多人造原子的量子线路提供了广泛的前景，从检测单个微波光子到相位开关，量子双折射和超辐射相变。
2013-09-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Coherence and Correlations of optical radiation by atomic ensembles interacting with a two-level atom in microwave cavity
我们研究了经典驱动的原子系综通过微波光子交换与二能级原子同时耦合时所发射的可见光子的量子统计特性。通过计算二阶相干度、冯诺伊曼熵、多粒子纠缠态的自旋压缩以及稳态和非平衡态的真实双模和三模纠缠参数，分析了量子统计和关联.讨论了辐射模之间布居数的相干转移以及二能级原子与光模之间的量子态映射。讨论了在含有氮空位色心金刚石晶体和超导人工二能级原子的超导共面波导谐振腔中实现理论结果的可能性。
2010-07-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering the Level Structure of a Giant Artificial Atom in Waveguide Quantum Electrodynamics
几十年来，在量子水平上设计光与物质的相互作用一直是量子光学的核心。传统上，这是通过将发射体（通常是自然原子和离子）耦合到光学和微波腔中的量子化电磁场来实现的。在这些系统中，发射器近似为理想化的偶极子，因为其物理尺寸比光的波长小几个数量级。最近，由超导电路制成的人造原子使光-物质耦合的新领域成为可能，包括对不能近似为简单偶极子的“巨型”原子的研究。在这里，我们探索了一个巨大的人造原子的新实现，从一个transmon量子比特耦合到传播微波在多个点沿开放的传输线形成。这种耦合的性质允许量子位辐射场干扰自身，导致一些引人注目的巨原子效应。例如，我们观察到量子位能级与传输线电磁模式的强频率依赖耦合。结合原位调整量子位能级的能力，我们表明，我们可以修改多个量子位跃迁的相对耦合率超过一个数量级。通过这样做，我们设计了一个亚稳态激发态，使我们能够操作的巨大transmon作为一个有效的lambda系统，我们清楚地证明了电磁诱导的透明度。
2020-03-31 cond-mat.supr-con quant-ph
Observation of quantum jumps in a superconducting artificial atom
在激发态中制备的连续监测的量子系统将以突然的跳跃衰减到其基态。跃迁在特征时间尺度T1（激发态的寿命）上随机发生。玻尔最初设想的这些量子跳跃已经在回旋加速器中的被困原子和离子、单个分子、光子和单个电子中观察到。在这里，我们报告了宏观量子系统中的量子跳跃的第一个观察，在我们的情况下，超导“人造原子”或量子比特（量子比特）耦合到超导微波腔。我们使用快速、超低噪声的参量放大器来放大用于探测量子比特状态的微波光子，从而实现对量子比特的连续高保真监测。这项技术代表了固态量子信息处理的一个重大进步，可能使量子纠错和反馈成为可能，这对构建量子计算机至关重要。我们的技术也可以很容易地集成到混合电路中，包括分子磁体、金刚石中的氮空位或半导体量子点。
2011-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Landau-Zener-Stückelberg Interference of Microwave Dressed States of a Superconducting Phase Qubit
我们首次观测到超导相位量子比特与微波场相互作用产生的修饰态的Landau-Zener-Stückelberg（LZS）干涉。LZS干涉条纹对各种外部参数和量子比特初始状态的依赖性与理论预测在定量上非常一致。这种修饰态之间的LZS干涉使我们能够轻松地控制四体固态系统的量子态，证明了用这种独特方法实现高效的多体量子逻辑门的可行性。
2011-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Spontaneous emission of a three-level artificial atom in a one-dimensional open waveguide
Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）
研究一维开放波导中三能级人工原子的自发辐射特性，揭示强耦合下光子频率相关性和能量相同性现象。
2026-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Resonance fluorescence of a chiral artificial atom
我们演示了一个超导人造原子与微波光子波导的强单向耦合。我们的人工原子是通过将一个transmon量子比特耦合到波导中的两个空间分离的点，并进行时间调制的相互作用来实现的。在我们的计划中的参数耦合所产生的方向敏感的干扰的结果在一个非互易的响应，我们测量的自发发射的前向/后向比超过100。我们通过测量强共振驱动下的共振荧光光谱和观察分辨良好的Mollow三重态来验证这种人工手性原子的量子非线性行为。此外，我们证明了人工原子的第二跃迁能量的手征性，并控制它与一个脉冲序列，以实现一个依赖于量子比特状态的非互易相位巡游光子。我们的演示提出了一个超导硬件平台，用于可扩展地实现手性量子光学范式中的几个关键功能，包括具有全对全连接性的量子网络，多体纠缠的驱动耗散稳定，以及复杂的非经典光态的产生。
2022-12-21 physics.optics quant-ph
A V-shape superconducting artificial atom based on two inductively coupled transmons
电路量子电动力学系统通常由谐振器和两级人工原子构成，但使用多级人工原子可以在量子技术中实现有前途的应用。在这里，我们提出了一个约瑟夫森结电路专用于操作作为一个V形人工原子的实现。基于两个内部自由度的概念，该器件由两个通过电感耦合的transmon量子比特组成。约瑟夫森非线性引入了两个自由度之间的强对角耦合，其在量子非破坏读出方案中以及在基于超导电路的微波交叉克尔介质的实现中找到应用。
2015-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Vacuum-induced Autler-Townes splitting in a superconducting artificial atom
实验研究了超导三能级人工原子与共面波导谐振腔和传输线强耦合时真空诱导的Autler-Townes偶态。当两个激发态之间的跃迁与共振器共振时，在三能级原子的基态与第二激发态之间的跃迁的反射谱中观察到Autler-Townes分裂。通过将驱动场施加到谐振器，我们观察到Autler-Townes分裂从量子（真空诱导）到经典（具有许多谐振器光子）的制度的变化。此外，我们表明，传输线中传播的微波的反射可以控制不同频率的单光子谐振器。
2018-01-05 cond-mat.supr-con quant-ph
