Greenberger-Horne-Zeilinger generation protocol for N superconducting transmon qubits capacitively coupled to a quantum bus
我们提出了一个电路量子电动力学（QED）实现的协议，以产生一个格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）状态的$N$超导transmon量子比特均匀耦合到超导传输线谐振器在色散极限。我们推导出一个有效的哈密顿量与成对的XY型，$\tilde{g}(XX+YY)$，可以全局控制的量子比特交换相互作用。从可分离的初始状态开始，这些相互作用允许在时间$t_{\text{GHZ}}\sim \tilde{g}^{-1}$内生成多量子比特GHZ状态。我们讨论了如何探测生成态的非局域性和真正的$N$ -粒子纠缠。最后，我们研究所提出的计划的稳定性，在物理参数的不均匀性。
2011-09-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-Induced Amplitude and Phase Tunable Qubit-Resonator Coupling in Circuit Quantum Electrodynamics
在电路量子电动力学体系结构中，可以通过外部电场和磁场控制超导量子比特的谐振频率和与微波场模式的耦合，以探索宽参数范围内的量子比特-光子动力学。在这里，我们通过实验证明和分析了一个方案，用于调谐之间的耦合transmon量子比特和微波谐振器使用一个单一的相干驱动音。我们将transmon视为一个三能级系统，量子比特子空间由基态和第二激发态定义。如果驱动频率与谐振器和量子比特频率之间的差匹配，则诱导Jaynes-Cummings型相互作用，其在幅度和相位上都是可调谐的。我们表明，在我们的设置中可以实现约10 MHz的耦合强度，仅受transmon量子位的非谐性的限制。该方案已成功地用于产生具有受控时间形状的微波光子[Pechal等人，Phys.Rev.X4，041010（2014）]，并且可以直接用超导量子器件实现，该超导量子器件具有更大的非谐性以获得更高的耦合强度。
2015-02-12 quant-ph
Superconducting metamaterials for waveguide quantum electrodynamics
在光子带隙结构中嵌入可调谐量子发射器使得能够控制发射器与其光子浴之间的耗散和色散相互作用。在传输带中的操作，在间隙之外，允许在慢光制度中研究波导量子电动力学。或者，将发射极调谐到带隙中导致经由束缚光子态的有限范围发射极-发射极相互作用。在这里，我们将transmon量子比特耦合到具有深亚波长晶格常数（$λ/60$）的超导超材料。该超材料通过周期性地向传输线加载紧凑、低损耗、低无序的集总元件微波谐振器来形成。我们探测系统的相干和耗散动力学通过测量兰姆位移和transmon量子比特的寿命的变化。在带边附近调谐量子比特频率，群指数为$n_g = 450$，我们观察到10 MHz的反常兰姆位移，伴随着量子比特寿命的24倍增强。此外，我们证明了选择性增强和抑制不同transmon跃迁的自发发射，这提供了同时访问长寿命的亚稳态量子比特状态和状态强烈耦合到传播波导模式。
2018-02-05 quant-ph
Applications of the Fokker-Planck equation in circuit quantum electrodynamics
本文研究了几个非线性开放量子系统稳态行为的精确解，这些系统可应用于电路量子电动力学领域。利用广义P-表象中的Fokker-Planck方程，我们研究了两个基本模型的解析解。首先，我们解决了耦合到近似transmon量子位的线性腔的稳态响应，并使用此解决方案来研究弱和强驱动机制，使用腔场和transmon场的矩的解析表达式，以及transmon的Husimi Q函数。其次，我们重新审视了量子Duffing振子的精确解，该振子同时受到相干和参数驱动，同时也经历了单个光子和成对光子的退相干。我们使用这个解决方案来讨论薛定谔猫态的稳定化和压缩态的产生在参量放大器中，除了研究量子系统的不同相位的Q函数。超导电路领域具有很强的非线性和耦合性，提供了一种新的参数机制，在这种机制中，回到这些精确的量子光学方法可以提供有价值的见解。
2016-12-23 quant-ph
Microwave-controlled generation of shaped single photons in circuit quantum electrodynamics
大规模量子信息处理器或量子通信网络将需要在空间上分离的节点之间进行可靠的信息交换。连接这些节点的链路可以使用需要在接收节点处高效吸收的行进光子来建立。这可以通过对光子的时间分布进行整形并通过使发射过程时间反转而在接收器处吸收它们来实现。在这里，我们展示了一个计划，用于创建形状的微波光子使用超导transmon型三能级系统耦合到传输线谐振器。在由调制微波驱动引起的二阶过程中，我们可控地将单个激发从transmon的第三能级转移到谐振器并对发射的光子进行整形。我们重建了所产生的单光子态的密度矩阵，并表明光子是反聚束的。我们还创建了具有受控振幅和相位的多峰光子。与现有的类似方案相比，我们在这里提出的方案仅基于微波驱动器，能够以固定频率transmons操作。
2014-11-05 quant-ph
Single-shot qubit readout in circuit Quantum Electrodynamics
利用超导电路的量子信息的未来发展需要具有长相干时间的约瑟夫森量子比特结合到高精度读出。最近，使用电路量子电动力学（cQED）架构在控制相干性方面取得了重大进展，其中量子位嵌入共面波导谐振器（CPWR）中，该共面波导谐振器提供了良好控制的电磁环境并用作量子位读出。特别是一种新的量子比特设计，transmon，产生可重复的长相干时间。然而，一个高精度的单次读取的transmon，非常希望运行简单的量子算法或测量量子相关性在多量子位实验，仍然缺乏。在这项工作中，我们展示了一种新的transmon电路，其中CPWR变成了一个采样保持检测器，即约瑟夫森分叉放大器（JBA），它允许快速测量和单次判别量子比特状态。我们报告拉比振荡具有94%的高可见度与失相和弛豫时间长于0.5 $μ$ s。通过进行两次后续测量，我们还证明了这种新的读出不会引起额外的量子位弛豫。
2010-05-31 cond-mat.supr-con 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
Towards a hybrid 3D transmon qubit with topological insulator-based Josephson junctions
该研究利用拓扑绝缘体约瑟夫森结构建混合3D transmon量子比特，通过系统表征和高质量腔体测量，探索栅极可调性与噪声鲁棒性等新功能。
2025-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Single-shot qubit readout in circuit Quantum Electrodynamics
使用超导电路的量子信息的未来发展需要具有长相干时间的约瑟夫森量子比特[1]与高保真度读出相结合。最近使用电路量子电动力学（cQED）架构[2，3]实现了相干性控制方面的重大进展，其中量子位嵌入共面波导谐振器（CPWR）中，该共面波导谐振器提供了良好控制的电磁环境并用作量子位读出。特别是一种新的量子位设计，transmon，产生可重复的长相干时间[4，5]。然而，仍然缺乏高保真度的单次读取的transmon，非常需要运行简单的量子算法或测量量子相关性在多量子位实验中，仍然缺乏。在这项工作中，我们展示了一种新的transmon电路，其中CPWR变成了一个采样保持检测器，即约瑟夫森分叉放大器（JBA）[6，7]，它允许快速测量和单次鉴别量子比特状态。我们报告拉比振荡与94%的高可见度与失相和弛豫时间长于0：5 μ \s。通过进行两次后续测量，我们还证明了这种新的读出不会引起额外的量子位弛豫。
2010-05-19 cond-mat.supr-con quant-ph
High-Fidelity Readout in Circuit Quantum Electrodynamics Using the Jaynes-Cummings Nonlinearity
我们展示了一个量子位读出方案，利用耦合到transmon量子位的超导腔的Jaynes-Cummings非线性。我们发现，在这个系统的强驱动的色散制度，有一个高传输的“亮”状态的临界功率敏感地依赖于初始量子比特状态的意外发病。利用这种效应的简单而强大的测量协议使用传统的样品设计和实验设置实现了87%的单次保真度，并且至少61%的保真度与三个量子位的联合相关性。
2010-10-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit quantum electrodynamics: A new look toward developing full-wave numerical models
使用电路量子电动力学架构构建的设备是当前正在追求的开发量子信息处理硬件的最流行的方法之一。尽管在过去的二十年中已经取得了重大进展，但仍然存在许多限制制造系统性能的技术问题。由于缺乏严格的数值模拟方法，解决这些问题变得困难。这项工作开始解决这个问题，提供一个新的数学描述的最常用的电路量子电动力学系统之一，一个transmon量子比特耦合到微波传输线。表达在三维矢量场，我们的新模型更适合开发数值求解器比文献中常用的电路元件描述。我们提出了我们的新模型的量子化的细节，并推导出耦合场transmon系统的量子运动方程。这些结果可用于开发全波数值求解器在未来。为了使这项工作更容易为工程界所接受，我们假设只接受了有限的量子物理学培训，并在整个推导过程中提供了许多背景细节。
2021-04-14 quant-ph
Nonlinear oscillators and high fidelity qubit state measurement in circuit quantum electrodynamics
在本章中，我们分析了量子光学中的Jaynes-Cummings模型在量子比特与腔强耦合时的高激发非线性响应。我们专注于电路量子电动力学架构中的transmon量子比特的参数范围，其中系统本质上表现为非线性量子振荡器，我们分析了量子和半经典动力学。其中一个主要的动机是，在强激发音调下，非线性响应可以导致量子位量子态歧视，我们提出了初步的结果时，量子位和腔共振或远离共振（色散）的情况下。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simultaneous bistability of qubit and resonator in circuit quantum electrodynamics
我们探讨了联合激活动力学表现出的两个量子自由度：一个腔模振荡器是强耦合到超导量子比特在强相干驱动色散制度。动力学模拟和互补测量显示了一系列参数，其中腔和量子位都表现出两个亚稳态之间的突然同时切换。这表现在腔和量子比特的整体平均振幅中，表现出部分相干抵消。耦合到transmon量子位的驱动微波腔的传输测量显示了与同时切换机制中的理论一致的详细特征。
2017-01-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Leveraging collective effects for thermometry in waveguide quantum electrodynamics
提出利用波导中两个 transmon 量子比特的亮、暗集体态与噪声的差异耦合，通过透射测量分别获取全局和局部热库温度的新型 wQED 测温方法。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum State Engineering with Circuit Electromechanical Three-Body Interactions
我们提出了一个混合系统与光子，声子和量子比特激发之间的量子力学三体相互作用。这些相互作用发生在电路量子电动力学架构中，超导微波谐振器耦合到transmon量子比特，其分流电容可以自由地机械振荡。我们表明，该系统的设计特点是一个三模极化激元-机械模式和非线性transmon-机械模式的相互作用在强耦合制度。再加上强共振腔-transmon相互作用，这些性质提供了有趣的机会操纵这个混合量子系统。特别是，我们展示了将机械运动冷却到其基态的可行性，并制备了各种非经典态，包括机械Fock态和猫态以及混合三方纠缠态。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement generation in capacitively coupled Transmon-cavity system
本文考虑transmon量子比特高能级，基于腔量子电动力学框架研究其与单模腔间的连续变量纠缠生成，发现通过调节驱动场强度、耦合强度及频率等参数可实现强纠缠，为量子信息处理提供新视角。
2024-02-15 physics.optics quant-ph
Machine-learning based three-qubit gate for realization of a Toffoli gate with cQED-based transmon systems
Portland State University（波特兰州立大学）；Intel Labs, Intel Corporation（英特尔实验室，英特尔公司）
我们使用机器学习技术设计了一个50 ns的三量子比特通量可调可控相位门，其保真度>99.99%，用于电路量子电动力学架构中的最近邻耦合传输。我们解释我们的门的设计过程中，我们执行现实的约束，并分析新的门的鲁棒性下的退相干，失真和随机噪声。我们的受控相位门与两个单量子比特门相结合，实现了广泛应用于量子线路，逻辑综合，量子纠错和量子游戏的Toffoli门。
2019-08-02 cs.LG quant-ph
Multi-Target Density Matrix Renormalization Group X algorithm and its application to circuit quantum electrodynamics
针对大规模超导量子比特阵列本征态难精确计算的问题，提出结合 DMRG-X 与多目标 DMRG 的 MTDMRG-X 算法，高效计算强杂化机制下的激发态，促进了大规模超导量子处理器的设计与参数优化。
2025-06-30 quant-ph
Measurement-Induced Transmon Ionization
针对电路量子电动力学色散读出中测量强度提升导致保真度下降、量子非破坏特性丧失的问题，提出包含三种互补模型的transmon电离框架，揭示其多光子共振起源，计算的光子数阈值与实验吻合，为电路QED实验提供理论支撑。
2024-11-04 quant-ph
Fermion parity measurement and control in Majorana circuit quantum electrodynamics
我们研究了基于嵌入微波谐振器中的拓扑超导电路的器件的量子电动力学。该装置将其量子信息存储在源自马约拉纳费米子杂化的费米子宇称态的相干叠加中。这产生了一个高度隔离的量子比特，其相干时间可以大大增强。我们扩展了传统的半经典方法，得到了强transmon-photon耦合的解析推导。使用这种形式主义，我们开发的协议来初始化，控制和测量的奇偶校验状态。我们表明，值得注意的是，奇偶本征值可以检测到通过色散位移的光腔在强耦合制度和它的状态可以通过二阶边带跃迁相干操纵。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Fast flux control of 3D transmon qubits using a magnetic hose
本文提出利用磁管控制超导波导腔内的磁场，实现3D transmon量子比特的快速磁通控制（<100纳秒），且不损害能量弛豫时间，为量子信息处理提供新工具。
2019-06-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Protected ground states in short chains of coupled spins in circuit quantum electrodynamics
量子比特链的各向异性海森堡（XY）自旋模型（伪自旋）的两个简并基态可以编码量子信息，但已知它们对局部扰动的保护程度仅是部分的。我们研究的非本地自旋-自旋相互作用的存在下，可能出现的设备的量子电动力学的系统的属性。我们发现一个阶段不同的XY阶段承认两个基态，这是高度保护所有的本地字段扰动，坚持在一系列参数。在XY链的背景下，我们讨论了如何可以使用两个基态之间的耦合来观察一个小的受控链的超导transmon量子比特的拓扑边缘状态的签名。
2017-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Lower-temperature fabrication of airbridges by grayscale lithography to increase yield of nanowire transmons in circuit QED quantum processors
针对高温空气桥工艺会损害预置 Josephson 元件的问题，本文用灰度光刻替代光刻胶回流，将峰值温度由200°C降至150°C，显著提高了Al接触InAs纳米线transmon量子比特的良率。
2023-01-10 physics.app-ph quant-ph
A scanning resonator for probing quantum coherent devices
本文实现了一种扫描谐振器，无需片上超导谐振器即可对量子相干器件进行可调相干耦合探测，并成功表征了多个transmon量子比特的能谱与相干时间，为circuit QED测量量子比特平台提供了新工具。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Digital quantum simulation of spin models with circuit quantum electrodynamics
相互作用的量子自旋系统显示出丰富的量子相位谱，并显示出有趣的多体动力学。即使是传统计算机上的小系统的计算特性也构成了重大挑战。量子模拟器在计算复杂量子系统的演化方面有可能超过标准计算机。在这里，我们进行了数字量子模拟的范例海森堡和伊辛相互作用自旋模型使用两个transmon-qubit电路量子电动力学设置。我们利用模拟器中自然存在的交换交互来构建模型特定演化的数字分解并提取其完整动态。这种方法是通用的和有效的，仅采用的资源是多项式的自旋的数量，并指出了一条路径，在超导量子位平台的一般自旋动力学的控制模拟。
2015-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Thermal Excitation of Multi-Photon Dressed States in Circuit Quantum Electrodynamics
超导量子比特和存储在片上微波谐振器中的光子之间可实现的异常强的耦合允许在电路量子电动力学（QED）领域中详细研究物质-光相互作用。本文研究了单个transmon型多能级人工原子与弱热场和相干场的共振相互作用。在线性响应外差透射测量中，我们研究了耦合系统的最多三个光子修饰态。所得结果与广义Jaynes-Cummings模型定量吻合。我们的数据表明，热场在谐振腔QED中的作用可以用超导电路来详细研究。
2009-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Planar multilayer circuit quantum electrodynamics
利用超导电路的实验性量子信息处理正在迅速发展，这是由两类设备的创新驱动的，一类涉及平面微制造（2D）谐振器，另一类涉及机械加工的三维（3D）腔。我们证明，电路量子电动力学可以实现在一个多层超导结构，结合2D和3D的优势。我们采用标准的微加工技术来图案化每一层，并依靠层之间的真空间隙来存储电磁能量。平面量子位被光刻地定义为谐振器的导电边界中的孔。我们通过实现一个集成的，两个腔模，一个transmon量子比特系统来演示孔径概念。
2016-05-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Systematic study of High $E_J/E_C$ transmon qudits up to $d = 12$
本研究系统分析高$E_J/E_C$transmon量子比特至$d=12$的权衡，实现低错误率操作、高保真读出，并验证模型，展示其作为量子信息处理平台的潜力。
2024-07-24 quant-ph
Circuit quantum electrodynamics with a nonlinear resonator
量子光学中研究最多的模型系统之一是一个与存储在腔中的电磁场单模强耦合的二能级原子，这一研究领域称为腔量子电动力学或CQED。CQED最近由于其在所谓的电路量子电动力学（cQED）架构中与超导人工原子和共面谐振器的实现而重新受到关注。在cQED中，由于超导电路的设计灵活性和一维腔中增强的场约束，耦合可以比CQED强得多。这使得基本量子物理和量子信息处理实验的实现具有与CQED中获得的控制程度相当的控制程度。本章的目的是研究原子耦合的谐振腔具有克尔型非线性的情况，使其能级不等距。然后用非线性Jaynes-Cummings哈密顿量描述系统。这大大丰富了物理，因为泵浦非线性谐振腔显示双稳态，参量放大和压缩。强耦合和这些非线性效应的相互作用构成了一个新的量子光学模型系统，可以用超导电路实验实现。本章的结构如下。在第一部分中，我们提出了一个超导克尔非线性谐振器强耦合到transmon量子比特组成的系统。在第二部分中，我们描述了唯一的非线性谐振器的响应到外部驱动。在第三部分中，我们展示了如何使用谐振腔双稳态来执行传输子量子比特的高保真读出。在最后一节中，我们研究了腔内场对量子比特的量子反作用。
2011-11-02 quant-ph
Visualizing the emission of a single photon with frequency and time resolved spectroscopy
在量子物理学的黎明，维格纳和Weisskopf获得了一个完整的分析描述（一个\textit{photon portrait}）的单光子发射的两个能级系统，使用频率模式的基础（Weisskopf和维格纳，“Zeitschrift für Physik”，63，1930）。直接实验重建这幅肖像需要精确测量时间分辨荧光光谱，对非共振频率和描述光子产生的超快动力学具有高灵敏度。在这项工作中，我们展示了这样的实验技术在超导波导量子电动力学（wQED）平台，使用单个transmon量子比特和两个耦合transmon量子比特作为量子发射器。在这两种情况下，光子肖像同意定量与输入输出理论的预测和定性与维格纳-Weisskopf理论。我们相信，我们的技术不仅允许有趣的可视化的基本原理，但可以作为一种工具，例如，实现多维光谱波导量子电动力学。
2021-06-09 quant-ph
A "Single-Photon" Transistor in Circuit Quantum Electrodynamics
我们介绍了一个电路量子电动力学设置为“单光子”晶体管。在我们的方法中，光子通过两个相互作用的transmon量子位耦合在两个开放的传输线中传播。这种相互作用使得在两条传输线之间没有光子交换，但是一条线中的单个光子可以完全阻挡或使能另一条线中的光子的传播。在可行的实验参数下，可以获得高的开关比。我们的方法本质上是可扩展的，因为所有光子脉冲可以具有相同的脉冲形状和载波频率，使得一个晶体管的输出信号可以是连续晶体管的输入信号。
2013-07-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Generating Spatially Entangled Itinerant Photons with Waveguide Quantum Electrodynamics
实现完全连接的量子处理器网络需要能够分布量子纠缠。对于遥远的处理节点，这可以通过生成、路由和捕获空间纠缠的巡回光子来实现。在这项工作中，我们证明了确定性的产生这样的光子使用超导transmon量子比特直接耦合到波导。特别地，我们产生了双光子N00N态，并表明发射光子的状态和空间纠缠是可调的通过量子比特频率。利用正交振幅检测，我们重建了光子模的矩和相关性，并证明了$84\%$的态制备能力。我们的研究结果提供了一个路径，实现量子通信和隐形传态协议，利用量子干涉产生的巡游光子在波导量子电动力学架构。
2020-06-23 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
Strong Intrinsic Longitudinal Coupling in Circuit Quantum Electrodynamics
本文在电路量子电动力学中实现transmon与微波谐振器间的强本征纵向耦合，耦合率超所有衰减率一个数量级，达强耦合区，可促进高连通量子硬件及引力退相干研究。
2025-04-19 quant-ph
Parametric Stability Analysis for Circuit Quantum Electrodynamical Hardwares
针对transmon量子比特在强参数驱动下的无序动力学问题，结合Floquet理论与数值模拟研究电路QED的稳定区域，揭示参数共振阈值及制造参数敏感性，为量子硬件相关性能阈值提供参考。
2025-05-19 quant-ph
Direct manipulation of a superconducting spin qubit strongly coupled to a transmon qubit
本研究利用量子点约瑟夫森结的自旋分裂双重基态，实现超导自旋量子比特的直接操控，并通过嵌入transmon量子比特展示强耦合，为混合量子计算架构奠定基础。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Multi-mode ultra-strong coupling in circuit quantum electrodynamics
随着超导电路引入量子光学领域，人们实现了许多关于人造原子与单模光场耦合的量子物理的新颖实验演示。设计这样的量子系统提供了探索自然系统无法达到的光-物质相互作用的极端机制的机会。例如，耦合强度$g$可以增加，直到它与原子或模式频率$ω_{a,m}$相当，并且原子可以耦合到多个模式，这一直挑战我们对光物质相互作用的理解。在这里，我们通过实验实现了第一个在超强耦合机制中的量子比特，达到了$g/ω_{m}=0.19$的耦合比，并且我们通过量子比特到谐振器的第五模式的杂交来测量多模相互作用。这是通过一个量子位实现的，其88%的电容由真空间隙电容与共面波导谐振器的中心导体形成。除了由于其小尺寸和真空中电场的局部化而在量子信息技术中的潜在应用之外，这种新架构还提供了进一步探索多模超强耦合的新机制的潜力。
2017-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Initialization by measurement of a two-qubit superconducting circuit
我们演示了初始化的联合测量的两个transmon量子比特在三维电路量子电动力学。利用约瑟夫森参量放大增强了对腔传输的零差探测，实现了对双量子位基态和单量子位激发态的无损分辨，保真度达98.1%。每个量子位4.7%剩余激发的稳态混合物的测量和后选择可实现对基态98.8%的保真度，从而优于被动初始化。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall 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
Quasiparticle spectroscopy, transport, and magnetic properties of Nb films used in superconducting transmon qubits
采用多种技术表征了用于超导transmon量子比特的硅基Nb薄膜，发现其具有9.35 K的转变温度和干净的超导能隙，但磁场响应复杂且热导率不足，可能影响量子相干性，并讨论了缓解策略。
2022-07-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Hybrid circuit cavity quantum electrodynamics with a micromechanical resonator
具有固有不同自由度的混合量子系统在许多物理现象中起着关键作用。著名的例子包括腔量子电动力学，囚禁离子，或电子和声子在固体状态。在这里，强耦合使组分失去它们的个性并形成修饰态。除了基本的意义，混合系统可以用于实际目的，特别是在新兴的量子信息控制领域。长寿命原子态与超导腔和量子比特中可及的电自由度的结合提供了一个有希望的方向。在这里，我们集成电路腔量子电动力学与声子。除了耦合到微波腔之外，我们的超导transmon量子比特还与微机械谐振器中的声子模式相互作用，从而代表耦合到两个不同腔的原子。我们测量了声子斯塔克位移，以及量子位谱线分裂成运动边带，其特征是修饰的机电态之间的跃迁。在时域中，我们观察到量子比特激发到声子的相干转换为边带拉比振荡。这是一个具有量子界面潜力的模型系统，它可以允许在长寿命的声子态中存储量子信息，耦合到光学光子，或者用于研究接近经典极限的强耦合量子系统。
2013-03-18 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
Extracting spectral properties of small Holstein polarons from a transmon-based analog quantum simulator
本文提出利用transmon量子比特与微波谐振器阵列构建Holstein模型的类比量子模拟器，通过核多项式方法计算小极化子谱函数，并说明如何用多体Ramsey干涉协议测量该动力学响应函数。
2023-10-31 quant-ph
Shortcuts to Adiabaticity for Open Systems in Circuit Quantum Electrodynamics
绝热性的捷径（STA）是强大的量子控制方法，允许快速演化到目标状态，否则缓慢的绝热动力学。这种方法在量子技术中有广泛的应用，并且各种STA协议已经在封闭系统中得到了证明。然而，实现开放量子系统的STA提出了更大的挑战，由于在现有的建议中需要复杂的控制。在这里，我们提出了第一个实验演示的STA开放量子系统，使用超导电路QED系统组成的两个耦合玻色子振荡器和transmon量子比特。通过施加反绝热驱动脉冲，我们减少了一个单一的有损模式的绝热演化时间从800 ns到100 ns。此外，我们提出并实现了一个最佳的控制协议，以实现快速和量子位无条件平衡的多个有损模式。我们的研究结果为加速开放量子系统的动力学铺平了道路，并在设计物理和跨学科的快速开放系统协议中具有潜在的应用，例如加速生物工程和化学反应动力学。
2021-10-18 quant-ph
Critical slowing down in the bistable regime of circuit quantum electrodynamics
本文在 transmon 量子比特耦合微波腔的 cQED 系统中研究 GJC 双稳态动力学，通过阶跃驱动响应测量临界慢化，并用 GJC 模型而非 Duffing 近似解释其随功率饱和的量子激活机制。
2019-07-31 quant-ph
Dynamical Regimes of Finite-Length Transmission Lines in Circuit Quantum Electrodynamics
Università degli Studi di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Scuola Superiore Meridionale（南方高等学院）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特-迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）
研究两个超导量子比特通过有限长度传输线的减少动力学，揭示传输线作为结构化热库或离散多模式耦合器的动态 regime，通过 Breuer-Laine-Piilo 测量识别非马尔可夫放松区域。
2026-06-23 quant-ph
Resolving non-perturbative renormalization of a microwave-dressed weakly anharmonic superconducting qubit
本研究针对微波驱动transmon超导量子比特，提出超越微扰的非递归非Floquet理论，揭示强驱动下相互作用与模式特性的重整化，并精确量化实验，助力快速量子门与参数工程。
2023-11-11 quant-ph
A Superconducting 180° Hybrid Ring Coupler for circuit Quantum Electrodynamics
超导电路量子电动力学实验与传播微波需要设备作为分束器。采用硅衬底和蓝宝石衬底上的铌薄膜制作了中心频率为6 GHz的超导180°微带混合环形耦合器。对于耦合和隔离的幅度，我们发现在2GHz的带宽中分别为-3.5+/-0.5dB和至少-15dB。我们还研究了反射的效果在超导体正常导体接触的低温激光扫描显微镜。我们的测量结果表明，我们的混合环非常适合在电路量子电动力学实验芯片上的应用。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Analytical Quantum Full-Wave Solutions for a 3D Circuit Quantum Electrodynamics System
为解决超导电路量子器件数值方法缺乏验证数据的问题，本文提出首个三维波导腔的解析量子全波解，并通过单光子干涉等参数计算验证了其有效性。
2024-01-05 quant-ph
Millisecond charge-parity fluctuations and induced decoherence in a superconducting qubit
准粒子激发对超导器件的性能有着广泛的影响。它们限制了天文学中光子探测器的灵敏度，计量学中电流源的准确性，微型冰箱的冷却能力，并可能打破Majorana量子比特的拓扑保护。在用于量子信息处理的超导电路中，准粒子穿过约瑟夫森结的隧穿构成退相干机制。由于transmon型电荷量子比特的弛豫和纯退相时间现在达到100微秒，了解准粒子隧穿是否已经成为相干性的瓶颈是非常有趣的。我们整合电路量子电动力学中量子比特读出和反馈控制的最新进展，首次实时观察了transmon量子比特中的准粒子隧穿。我们证明了准粒子隧穿贡献的量子位弛豫和纯退相在毫秒范围内。因此，准粒子隧穿不会限制相干性至少一个超出现有技术水平的数量级。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Field-Based Formalism for Calculating Multi-Qubit Exchange Coupling Rates for Transmon Qubits
本文提出基于宏观量子电动力学中场的形式体系，将Transmon量子比特间交换耦合率与并矢格林函数及系统阻抗响应关联，并通过经典电磁工具高效计算，在多个超导电路上验证了方法有效性及其对串扰的影响。
2024-06-08 quant-ph
Characterising Polariton States in Non-Dispersive Regime of Circuit Quantum Electrodynamics
本文制造并测量了非色散区中的超导 transmon-谐振器系统，通过在量子比特上施加驱动形成极化激元态，实验研究了不同驱动功率和频率下极化激元态间的跃迁，并发现结果与超越色散区的驱动 Jaynes-Cummings 模型数值结果高度一致。
2023-11-23 quant-ph
Stimulated emission for a three-level artificial atom in waveguide quantum electrodynamics
Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）
本文理论研究了波导中三能级阶梯系统对单光子脉冲的散射，发现低非谐性下第三能级显著抑制受激发射，并可通过调节入射光子参数控制反射场中的光子聚束效应。
2026-10-08 quant-ph
