Photon State Tomography for Two-Mode Correlated Itinerant Microwave Fields
连续变量纠缠通常是在光频下研究的。作为观测传播微波光子纠缠的重要一步，我们在微波域中演示了两个场模的实验态重构。特别是，我们产生双模相关态与约瑟夫森参量放大器和检测所有四个正交分量同时在两个通道外差设置使用幅度检测器。分析所有可能的正交对的二维相空间直方图，使我们能够确定完整的协方差矩阵，并重建四维维格纳函数。我们证明了在这两种模式的正交振幅噪声之间的强相关性。在理想条件下，在未来的实验中应该可以观察到低于标准量子极限的双模压缩。
2011-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Generating and verifying entangled itinerant microwave fields with efficient and independent measurements
通过将压缩的传播微波场和非压缩的真空场在一个混合器（微波分束器）上耦合，我们在两个输出模之间产生了纠缠。通过对两个输出模进行独立有效的单正交测量，我们验证了我们已经产生了纠缠态。我们观察到的纠缠见证$E_\mathrm{W}=-0.263^{+0.001}_{-0.036}$和负性$N=0.0824^{+0.01}_{-0.0004}$的测量效率至少为$26\pm{0.1}\%$和$41\pm{0.2}\%$通道1和2。这些测量结果表明，输出的双模态违反可分性准则，因此证明纠缠。传播微波之间的这种共享纠缠为利用超导微波系统构建量子网络提供了重要资源。
2015-02-13 quant-ph
Detecting itinerant single microwave photons
单光子探测器是量子光学研究的基本工具，在测量理论和量子信息学中起着核心作用。基于不同技术的光电探测器存在于光学频率处，并且目前正在花费大量努力来提高它们的效率以满足来自量子计算和量子通信提议的需求。然而，在微波领域，尽管已经提出了一些理论建议，但单光子探测器仍然难以捉摸。在这篇文章中，我们回顾了这些最近的建议，特别是专注于传播微波光子的非破坏性探测器。利用超导人工原子的探测方案，在现有技术条件下，探测效率可达90%，实验条件成熟。
2015-04-20 quant-ph
Compact Itinerant Microwave Photonics with Superconducting High-Kinetic Inductance Microstrips
微波光子学是一个非常强大的量子模拟和技术系统，但它在超导电路中的集成，在许多方面的优势，是由长波长和阻抗失配在这个平台上的限制。我们介绍了一个解决这些困难的方案，通过紧凑的网络的高动力学电感微带波导和耦合线，大大降低相速度。我们展示了超导微波光子学在路由，仿真和广义线性和非线性网络方面的宽带能力。
2021-12-23 physics.app-ph quant-ph
Quantum communication with itinerant surface acoustic wave phonons
表面声波通常用于经典电子学应用中，并且它们在量子系统中的使用开始被探索，如最近使用声学法布里-珀罗谐振器的实验所证明的。在这里，我们将探索它们在量子通信中的用途，在那里我们展示了一条单声子表面声波传输线，它连接了两个物理上分离的量子位节点。每个节点包括微波声子换能器、外控超导可变耦合器和超导量子比特。使用该系统，精确成形的单个巡回声子用于在两个物理上不同的量子节点之间相干地传输量子信息，从而实现量子态的高保真节点到节点传输以及两节点贝尔态的生成。我们进一步探讨了从一个节点发射的巡游声子与远端节点的超导量子比特相互作用之间的色散相互作用。观察到的声子和远程量子比特之间的相互作用预示着未来的量子光学式的实验与巡回声子。
2022-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental preparation of generalized cat states for itinerant microwave photons
广义猫态代表了相干态的任意叠加，在各种量子信息处理协议中具有重要意义。在这里，我们展示了一个通用的方法来创建广义巡回猫态在微波域中，通过反射相干态光子从微波腔含有超导量子比特。我们表明，通过对量子比特态的相干控制，可以实现对相干态叠加的完全控制。通过对量子比特态相关的反射光子场的量子态层析，验证了所制备的猫态。基于资源理论，我们进一步量化了制备的猫态的量子相干性，揭示了对相干态叠加的良好实验控制。分析了光子数统计和压缩特性。值得注意的是，在实验态中观察到四阶压缩。这些结果为将广义猫态应用于量子信息处理提供了新的可能性。
2022-07-11 quant-ph
Quantum state tomography of an itinerant squeezed microwave field
利用约瑟夫森参量放大器（JPA）对微波场的巡游压缩态进行了态层析成像。我们使用第二个JPA作为前置放大器，以将场正交测量（QM）的量子效率从2%提高到36 +/-4%。在不校正检测效率的情况下，我们观察到最小正交方差，其为真空方差的69 +/-8%。我们用极大似然方法重建了态的密度矩阵，并推断压缩态的最小方差小于真空度的40%，不确定性主要由校准系统引起。
2011-05-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Stroboscopic detection of itinerant microwave photons
University of Ulm（乌尔姆大学）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Institut Quantique, Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学量子研究所）
本文提出了一种单光子级检测游走微波辐射的新方法，通过优化测量速率和强度，利用超导结实现高效率检测，结合前置放大器可达到88.5%的检测效率。
2026-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Itinerant microwave photon detector
实现高效率的微波单光子探测器是微波量子光学领域的一个长期难题。在这里，我们提出了一个量子非爆破，高效率的光子探测器，可以很容易地实现在目前最先进的电路量子电动力学。该方案以连续的方式工作，获得有关光子到达时间及其存在的信息。允许规避测量反作用所施加的通常限制的关键见解是在非均匀人工原子的小集合中使用长寿命的暗态，以增加光子和测量设备之间的相互作用时间。使用现实的系统参数，我们表明，大的检测精度是可能的。
2017-10-17 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon
光子探测器是在量子极限下测量电磁波的基本工具，在通信、传感和计算等新兴量子技术中需求量很大。特别感兴趣的是量子非破坏（QND）型检测器，其将光子模式的量子态投影到光子数基础上而不影响时间或空间性质。这与传统的光子探测器形成鲜明对比，传统的光子探测器吸收光子以触发“点击”，从而不可避免地破坏光子。最近，在光域中使用腔中的单个原子证明了长期寻求的飞行光子的QND检测。然而，尽管最近使用超导电路的微波量子光学取得了进展，但微波的对应物一直难以捉摸。在这里，我们实现了一个确定性的纠缠门之间的超导量子比特和传播的微波脉冲模式反射的腔体包含量子比特。使用纠缠和高保真量子比特读出，我们证明了一个QND检测的单光子的量子效率为0.84，光子的生存概率为0.87，和暗计数概率为0.0147。我们的方案可以作为连接远程量子比特模块的量子网络的构建模块，以及用于多光子信号的微波光子计数设备。
2017-11-15 quant-ph
Realization of a Universal Quantum Gate Set for Itinerant Microwave Photons
本研究利用超导电路实现了微波频段无需后选择的确定性光子-光子通用门集合，测得单、双量子比特门保真度分别为75%和57%，为超导量子网络提供了新的技术路径。
2021-06-07 quant-ph
Amplification and Detection of Single Itinerant Microwave Photons
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；University of Ulm（乌尔姆大学）
本文提出并模拟了一种基于约瑟夫森光子学器件的单个行波微波光子倍增、放大与探测协议，通过非弹性库珀对隧穿补偿低能量问题，实现高探测概率和低暗计数，为超导量子器件的光子计数提供设计指南。
2025-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting quantum node for entanglement and storage of microwave radiation
超导电路和微波信号是实现量子网络的良好候选者，量子网络是量子计算机的骨干。我们实现了一个基于三维微波超导腔的量子节点，该腔通过约瑟夫森环调制器与传输线参数耦合。我们首先展示了时间控制的捕获，存储和检索的最佳形状的传播微波场，效率高达80%。然后，我们展示了第二个基本的能力，这是一个纠缠态分布在节点和微波通道之间的定时控制的产生。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entangling a nanomechanical resonator and a superconducting microwave cavity
我们提出了一个方案，能够纠缠在稳态的纳米机械谐振器与驱动超导共面波导的微波腔模式。纳米机械谐振器与波导的中心导体电容耦合，并且可以在高达数十毫开尔文的温度下实现静态纠缠。
2007-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
A simple all-microwave entangling gate for fixed-frequency superconducting qubits
我们在超导量子比特上实现了一个全微波双量子比特门，量子比特的频率固定在最佳偏置点上。该门不需要额外的子电路，并且可以通过一个量子位在另一个量子位的跃迁频率上的微波辐射幅度来调谐。我们使用该门产生纠缠态，最大提取并发度为0.88，量子过程层析成像显示门保真度为81%。
2011-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Investigating microwave loss of SiGe using superconducting transmon qubits
硅锗（SiGe）是一种具有从晶体管到电光调制器和量子点的多种应用的材料。SiGe的不同性质也使其对涉及超导量子计算的实现具有吸引力。在这里，我们演示了在SiGe层上制作transmon量子比特，并研究了SiGe在低温和单光子微波功率下的微波损耗特性。我们发现弛豫时间高达100 $μ$ s，对应的品质因数Q大于4 M的大垫transmons。获得的高Q值表明SiGe/Si异质结构与超导量子线路的现有技术性能兼容。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-activated conditional-phase gate for superconducting qubits
我们引入了一个新的纠缠门之间的两个固定频率的量子位静态耦合通过微波谐振器总线，它结合了以下理想的品质：全微波控制，可观的量子位分离，减少串扰和泄漏错误，并能够作为一个两个量子位条件相位门。在两个transmon量子比特的较高能量（非计算）状态之间明确设计了一个固定的、始终开启的相互作用，然后通过微波驱动器在未受扰动的量子比特子空间上“激活”一个条件相位门。我们实现这种微波激活的条件相位门的保真度从量子过程层析成像的87%。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient single-photon frequency conversion in the microwave domain using superconducting quantum circuits
基于超导量子线路中的相干控制，提出了一种在微波域实现高效单光子频率转换的方法.利用全量子力学方法分析了该系统中的单光子散射过程，发现通过调节施加在人工原子上的控制场的参数，可以实现效率接近于1的单光子频率上转换或下转换。我们进一步表明，我们的方法在实验上是可行的，在目前可用的超导磁通量子位电路。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fermionic entanglement in itinerant systems
从二次量子化的角度研究了格点中费米子巡游系统中的两两量子纠缠。研究了巨正则系综中的纠缠，包括能量本征态和热态。在类BCS模型下讨论了$η$对超导性中纠缠与超导关联的关系。
2002-03-05 quant-ph
Realization of microwave quantum circuits using hybrid superconducting-semiconducting nanowire Josephson elements
我们报告的实现量子微波电路使用混合超导半导体约瑟夫森元件组成的InAs纳米线接触NbTiN。电容分流的单个元件表现为具有电可调跃迁频率的transmon量子比特。双元件电路在零外加通量附近也表现出类似transmon的行为，但在通量量子的一半处表现为通量量子位，其中元件中的非正弦电流-相位关系产生双阱约瑟夫森势。这些混合约瑟夫森元件在需要工作在磁场中的微波超导电路中具有很好的应用前景。
2015-03-29 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
Electromagnetic Simulation and Microwave Circuit Approach of Heat Transport in Superconducting Qubits
超导电路中量子热输运的研究对于进一步理解量子力学与热力学之间的联系以及量子信息的可能应用具有重要意义。已经设计并测量了第一批实验实现的设备，这些设备展示了由量子比特介导的光子热传输。出于对这些实验结果的分析，以及未来的实验设计，我们使用Sonnet软件通过电磁模拟来数值评估量子比特谐振器器件在线性电路区域中的光子热输运，并与微波电路理论进行比较。我们表明，该方法是一个强大的工具来计算热传输和预测不必要的寄生共振和背景。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electro-optic conversion of itinerant Fock states
Institute of Science and Technology Austria (ISTA)（奥地利科学技术研究院）
本研究展示了超导量子比特生成游走单微波光子并实现其光学转换，为分布式量子技术和异构量子系统的发展提供了新途径。
2026-01-31 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 photonics with superconducting quantum circuits
在过去的20年里，超导量子线路在实验和理论上都取得了令人瞩目的进展，它为操纵微波光子提供了一个平台。微波光子学和量子信息处理中的许多新现象推动了超导量子微波电路这一新兴领域的发展。例如，超导量子线路与单个微波光子之间的相互作用可以达到强耦合、超强耦合甚至深强耦合。许多高阶效应，不寻常的和不太熟悉的传统腔量子电动力学与自然原子，已被实验观察到，例如，巨克尔效应、多光子过程和单原子引起的微波光子双稳态。这些发展可能会导致更好地理解量子力学的反直觉性质，并加快从微波光子学到超导量子信息处理的应用。本文综述了超导量子线路在微波光子学中的实验和理论进展。我们希望这次全球审查能够为这个快速发展的领域提供有用的路线图。
2017-10-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Light-Induced Microwave Noise in Superconducting Microwave-Optical Transducers
该研究探究了超导微波-光学换能器中光致微波噪声的来源与机制，揭示了三种不同时间常数的噪声，并提出缓解策略，助力实现量子换能。
2023-11-14 quant-ph
Microwave-induced coupling of superconducting qubits
研究了微波辐射下两个耦合超导量子比特系统的量子动力学行为。我们发现，当量子比特运行在电荷共简并点时，系统的量子演化可以用一个新的有效哈密顿量来描述，该有效哈密顿量具有两个耦合的量子比特的形式，它们之间的耦合是可调的。该哈密顿量可用于宏观纠缠的实验测试和实现量子门。
2008-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent control of microwave pulse storage in superconducting circuits
用于量子存储器的相干脉冲控制在光域中是可行的，但在微波量子线路中是新生的。我们展示了如何通过利用和扩展超导量子线路中现有的电磁感应透明技术，在超导电路中实现相干存储和按需脉冲恢复。我们的方案采用了一个线性阵列的超导人工原子耦合到微波传输线。
2012-12-20 quant-ph
A frequency-agile microwave-optical interface for superconducting qubits
Yale University（耶鲁大学）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
本文提出了一种频率可调的微波-光接口，通过级联电光转换器与多模频率转换器，实现了超导量子比特的高效光学读取，解决了异构设备频率偏移问题。
2026-02-27 quant-ph
Microwave photon-number amplification
针对微波领域缺乏量子极限功率计的问题，实验演示了一种微波光子倍增方案，通过将入射光子数乘以整数因子结合单光子探测器与功率计优势，实现了高效光子数放大，为量子传感与计算应用提供新可能。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Emission and Absorption of Microwave Photons in Orthogonal Temporal Modes across a 30-Meter Two-Node Network
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Institute of Fundamental Physics (IFF), CSIC（西班牙国家科学研究委员会基础物理研究所）；Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
研究通过超导量子电路生成正交时间模式的微波光子，并在30米低温链路中实现量子态传输，展示正交模式在光子吸收选择性中的应用。
2026-04-14 quant-ph
Engineering entangled microwave photon states via multiphoton interactions between two cavity fields and a superconducting qubit
结果表明，微波场与具有破缺的势能反转对称性的超导量子比特之间不仅存在横向耦合，而且存在纵向耦合。利用纵向耦合场诱导的多光子过程和频率匹配条件，我们设计了一个通用的算法，在两个独立的传输线谐振器中产生微波场的双模光子态的任意叠加，这两个谐振器耦合到一个超导量子比特.基于我们的算法，我们分析了均匀布居态和NOON态的产生。与其他仅采用单光子过程的方案相比，我们提供了一种在超导量子比特与微波场的超强相互作用下产生纠缠微波态的有效方法.
2015-09-07 quant-ph
Microwave transmissions through superconducting coplanar waveguide resonators with different coupling configurations
在高纯硅衬底上设计并制作了两种不同耦合电容的超导铌共面波导微波谐振器。在20 mK的温度下测量它们的微波传输。结果表明，这两种谐振器具有明显不同的加载品质因数，一种是$5.6\times{10}^{3}$，另一种是$4.0\times{10}^{4}$。用经典的ABCD矩阵法对实测数据进行了拟合。我们发现，透射峰偏离标准洛仑兹的频率加宽。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
State Transfer Between a Mechanical Oscillator and Microwave Fields in the Quantum Regime
最近，通过直接制冷[1]或制冷和激光冷却的组合[2，3]，宏观机械振荡器已经被诱导到量子行为的状态。这个令人兴奋的结果鼓励了这样的概念，即机械振荡器可以在超导电路处理量子信息中执行有用的功能[1，4-7]，或者作为微波场短暂状态的量子存储器，或者通过在其他不兼容的系统之间提供量子接口[8，9]。到目前为止，由于不能灵活地打开和关闭微波电和机械运动之间的相互作用，微波场的巡回状态或传播模式到机械振荡器和从机械振荡器的转移还没有被证明。在这里，我们证明了一个巡回微波场的状态可以相干地转移到，存储在，并从一个机械振荡器的振幅在单量子水平检索。重要的是，捕获和恢复微波态的时间比机械振荡器的量子态寿命短。在这种量子状态下，机械振荡器既可以存储又可以再现量子信息。
2012-06-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting surface trap chips for microwave-driven trapped ions
针对微波囚禁离子电极焦耳热阻碍门速度、保真度及可扩展性的问题，提出集成高Q微波谐振器的超导表面势阱芯片，利用超导Nb谐振器降低损耗，实现节能的双比特门方案。
2024-07-16 quant-ph
Bell's inequality violation by dynamical Casimir photons in a superconducting microwave circuit
利用赝自旋测量研究了动态Casimir辐射对Bell不等式的破坏。我们考虑了一个电路量子电动力学装置，其中相对论运动的反射镜是由SQUID中的可变外部磁通量来模拟的，SQUID终止于超导微波波导。我们分析得到的期望值的贝尔运营商优化相对于信道方向，在系统参数。我们考虑了微波场模式中的局部噪声、非零失谐引起的场模式之间的不对称性以及信号损耗的影响。我们的分析提供了上述实验参数的范围内，可以观察到贝尔违反。我们表明，贝尔违反可以观察到在这个设置高达40 mK的温度以及高达65%的信号损失。
2022-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Microwave Packaging for Superconducting Qubits
在过去的二十年里，超导量子线路的性能得到了极大的改善。超导量子比特的进展，让一个新的产业分支从全球科技企业，到量子计算创业公司，都出现了。本文综述了超导量子线路微波控制。此外，我们还讨论了该领域持续存在的工程挑战之一，即如何控制日益复杂的超导电路的电磁环境，使其同时受到保护和有效控制。
2019-06-12 quant-ph
Storage and on-demand release of microwaves using superconducting resonators with tunable coupling
我们提出了一个系统，它允许调谐超导谐振器和传输线之间的耦合。该存储谐振器通过第二耦合谐振器寻址，该第二耦合谐振器是频率可调谐的并且由施加到超导量子干涉器件（SQUID）的磁通量控制。我们的实验表明，存储谐振器的寿命可以调谐超过三个数量级。当耦合谐振器处于非谐振状态时，场的存储时间为18 μs，而当耦合谐振器处于谐振状态时，场的释放时间为14 ns。该设备允许以可调速率捕获、存储和按需释放微波。
2014-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Proposal for generating complex microwave graph states using superconducting circuits
微波光子图态为利用微波光子在远程超导芯片之间进行稳健的量子通信提供了一种很有前途的方法。最近，Besse等人[Nat. Commun. 11，4887（2020）]证明了可以使用两个transmon量子比特生成1D图形状态。在本文中，我们提出使用transmon量子比特结合其他微波器件来构造更复杂的图态。具体来说，我们考虑2D晶格和树状图状态。我们比较了使用固定频率与可调频率transmon量子比特以及不同光子量子比特编码的性能。在每种情况下，我们估计的保真度，假设当前的实验参数，并确定限制性能的主要因素所产生的微波图形状态。
2022-01-03 quant-ph
Coherent interface between optical and microwave photons on an integrated superconducting atom chip
本文提出利用单层亚波长原子阵列作为可切换镜面，在集成超导芯片上实现光学光子与微波光子的相干接口，通过驱动激光耦合里德堡态，利用微波光子的存在与否控制原子阵列对入射光脉冲的透明或反射状态。
2023-05-05 quant-ph
A cryogenic on-chip microwave pulse generator for large-scale superconducting quantum computing
本文提出一种低温片上微波脉冲发生器，由数字信号驱动，在毫开尔文温度下产生可控脉冲微波，实现超导量子比特高保真读出，为大规模超导量子计算提供兼容且低热负载的使能技术。
2024-07-16 quant-ph
Highly efficient microwave storage and retrieval using a superconducting chiral $Λ$-type molecule
National Central University（国立中央大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）
研究基于超导人工手性分子的高效宽带微波存储与检索方案，通过优化参数耦合，在100MHz带宽内实现近100%存储效率与保真度，为实现与宽带量子网络兼容的微波量子存储器提供可行途径。
2026-07-15 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-efficiency microwave-optical quantum transduction based on a cavity electro-optic superconducting system with long coherence time
微波和光子之间的频率转换是在超导量子处理器之间建立联系和实现分布式量子网络的关键技术。我们提出了一个微波-光学转换平台的基础上长相干时间超导射频（SRF）腔耦合到电光光学腔，以减轻损失机制，限制实现高转换效率。在设计中，我们优化了微波-光场重叠和光耦合损耗，同时在毫开尔文温度下实现了长的微波和光子寿命。这表示在140 $μ$ W的泵浦功率下，对应于少光子量子状态，转导效率显著提高高达50%。此外，该方案具有高分辨率的光学读出的色散位移所引起的超导transmon量子比特耦合到SRF腔。我们还表明，两个远程量子系统之间的预示纠缠产生的保真度增强的低微波损耗。最后，量子传感中的高精度可以在标准量子极限以下达到。
2022-06-30 quant-ph
Quantum Microwave Radiometry with a Superconducting Qubit
利用光子与相干量子系统的相互作用，可以灵敏地探测电磁辐射。介绍了一种基于超导量子比特光子诱导退相过程的量子辐射计，用于在亚单位光子水平上探测微波辐射。利用该辐射计，我们演示了1-K微波谐振腔的辐射冷却，并测量了其模温，测量不确定度为~0.01 K。我们由此开发了一种研究量子微波电路热力学的精确工具，为校准混合量子系统和探测暗物质候选粒子提供了新的解决方案。
2019-09-27 quant-ph
Microwave Package Design for Superconducting Quantum Processors
具有微波范围内的跃迁频率的固态量子比特，例如超导量子比特，处于量子信息处理的最前沿。然而，即使是在中等规模下，超导量子比特的高保真度，同时控制仍然是一个挑战，部分原因是这些设备包装的复杂性。在这里，我们提出了一种方法，微波封装设计的材料选择，信号线工程和杂散模式抑制为重点。我们描述的设计准则验证使用模拟和测量用于开发一个24端口微波封装。分析量子位环境显示，在11GHz以下没有杂散模式。材料和几何设计选择使封装能够支持寿命超过350 μs的量子位。这里提出的微波封装设计指南解决了许多与近期量子处理器相关的问题。
2021-02-24 quant-ph
Microwave to optical conversion with atoms on a superconducting chip
我们描述了一个方案，相干转换超导共面波导谐振腔的微波光子到一个明确定义的时间和空间模式发射的光子。这种转换是通过在超导原子芯片的表面上方，靠近微波腔的波腹处捕获冷原子系综来实现的。微波光子耦合到原子的强里德伯跃迁，该原子也由具有适当频率和波矢的一对激光场驱动，以进行有效的波混合过程。在中等密度的系综中只有几千个原子的情况下，微波光子可以完全转换成以高概率发射到相位匹配方向的光学光子，并且例如，馈入光纤波导。该方案在自由空间配置中操作，而不需要原子与谐振光学腔的强耦合。
2019-07-24 quant-ph
Quantum Dynamics of a Microwave Driven Superconducting Phase Qubit Coupled to a Two-Level System
我们提出了一个分析和全面的描述耦合到一个微观两能级系统（TLS）的微波共振驱动超导相位量子比特的量子动力学，涵盖了广泛的外部微波场强度。我们的模型预测了几个有趣的现象，在这样一个交流驱动的四能级二分系统，包括反常拉比振荡，高对比度拍拉比振荡，和非凡的双光子跃迁。我们在耦合量子位TLS系统中的实验结果与理论模型的预测在定量上非常一致。
2010-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Entanglement concentration of microwave photons based on Kerr effect in circuit QED
近年来，超导量子比特在量子计算中显示出巨大的潜力。因此，微波光子成为超导量子计算辅助下的量子信息处理中非常有趣的量子比特。在这里，我们提出了第一个协议的纠缠集中微波光子，诉诸电路量子电动力学（QED）中的交叉克尔效应。利用超导传输线谐振器（TLR）与N型能级结构的超导分子耦合，产生有效的交叉克尔效应，实现微波光子的量子无损测量。利用该器件，我们设计了一个双量子比特的极化宇称量子相干探测器，它可以在多个线性微波元件的辅助下有效地集中微波光子的非局域非最大纠缠态。该方案具有较高的效率，可用于微波光子辅助的固态量子信息处理。
2016-10-03 quant-ph
All-microwave manipulation of superconducting qubits with a fixed-frequency transmon coupler
本文提出利用固定频率 transmon 耦合器的三阶非线性在微波驱动下实现数据量子比特间交换相互作用，并据此实现高效、低残余相互作用的 all-microwave controlled-Z 门。
2023-08-06 quant-ph
Tunable pulse delay and advancement in a coupled nanomechanical resonator-superconducting microwave cavity system
从理论上研究了强泵浦场作用下弱探测场在纳米机械谐振腔-超导微波腔耦合系统中的传输。利用标准的输入输出理论，我们发现，只要抽运场与腔共振的失谐量适当，在这种耦合系统中，探测场既可以出现脉冲延迟（慢光效应），也可以出现脉冲超前（快光效应）。延迟（提前）的幅度可以通过调节泵浦场的功率来连续调谐。该技术在微波移相器、延迟线等方面具有很大的应用潜力。
2010-12-16 quant-ph
The scattering coefficients of superconducting microwave resonators: II. System-bath approach
本文描述了一种统一的量子方法来分析各种几何形状的超导微波谐振器的散射系数。我们还将该方法推广到具有时间延迟的谐振腔链，并揭示了几个类似于光子晶体的输运性质。结果表明，量子和经典分析提供了一致的结果，它们共同揭示了不同的衰减和退相干机制在一个普通的微波谐振腔。这些结果为理解微波谐振器网络的散射谱奠定了坚实的基础，并为超导微波谐振器在复杂电路中的应用铺平了道路。
2022-02-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Delayed creation of entanglement in superconducting qubits interacting with a microwave field
研究了微波场作为磁通量作用下超导电荷量子比特的内禀退相干所起的作用。我们研究了如何诱导纠缠的延迟产生，这与纠缠的突然死亡相反。在考虑腔场的耗散和结混合态的情况下，计算了粒子数反转、总关联和纠缠的时间演化。我们表明，虽然退相干破坏了结和场的相关性，初始状态的信息可以通过准概率分布函数获得。
2009-04-28 quant-ph
