Arbitrary controlled-phase gate on fluxonium qubits using differential ac-Stark shifts
大规模量子计算促使双量子比特门方案的发明，其不仅最大化门保真度，而且消耗最少的资源。在超导量子比特的情况下，传输子的弱非谐性对门设计施加了深刻的约束，导致设备和控制协议的复杂性增加。在这里，我们展示了一个资源有效的控制强非谐波磁通量子比特的相互作用。也就是说，在一对电容耦合磁通量的非计算跃迁应用非共振驱动诱导$\textrm{ZZ}$ -相互作用，由于计算能级的不相等的ac-斯塔克位移。通过连续选择频率和幅度，驱动器可以消除静态$\textrm{ZZ}$项，也可以将其增加一个数量级，以启用具有任意编程相移的受控相位（CP）门。这些非Clifford操作的交叉熵基准产生子$1\%$误差，仅受不相干过程的限制。我们的结果表明，强非谐电路的优势，在设计下一代量子处理器的transmons。
2021-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
The Floquet Fluxonium Molecule: Driving Down Dephasing in Coupled Superconducting Qubits
本文提出一种受驱动的超导擦除量子比特——Floquet 磁通量子分子，通过分离量子比特态和二阶通量噪声不敏感机制，实现约50毫秒相干时间和约500微秒擦除寿命，并展示高保真单量子比特门操作方案。
2024-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Microwave-Activated Controlled-Z Gate for Fixed-Frequency Fluxonium Qubits
超导磁通鎓电路是一个具有强非谐谱的人造原子：当偏置在半通量量子时，最低量子比特跃迁的频率比高能级跃迁的频率小一个数量级。类似于传统的原子系统，计算和非计算子空间之间的这种频率分离允许量子比特相干性和两量子比特相互作用的独立优化。在这里，我们描述了一个控制Z门的两个磁通连接电容或电感，与量子位跃迁固定在500 MHz附近。在涉及第二激发态的谐振下通过微波驱动来激活栅极。我们估计本征门的栅时间低于100 ns的结晶度超过99.9%。
2018-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tradeoff between Leakage and Dephasing Errors in the Fluxonium Qubit
我们提出了一个折衷之间的泄漏和纯失相错误的fluxonium电路。我们表明，在绝缘制度，即，当流过电路的持续电流被抑制时，纯移相速率随着电路阻抗的增加而指数地减小。与这种指数下降相反，量子位保持足够的非谐性，使得门时间仍然可以很短，从而允许计算错误率的显着降低。
2013-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal for entangling gates on fluxonium qubits via a two-photon transition
我们提出了一个家庭的微波激活纠缠门的两个电容耦合通量量子比特。在接近$|00\rangle - |11\rangle$跃迁半频的频率下，将微波脉冲施加到任一量子比特上，由于磁通量的强非谐性，引起双光子拉比振荡，在计算子空间之外的泄漏可以忽略不计。通过调整驱动频率、幅度和持续时间，我们得到了与费米子模拟门（如$\sqrt{\rm SWAP}$类门和受控相位门）局部等效的门族。门误差可以被调谐到低于$10^{-4}$的脉冲持续时间在100 ns以下，而没有过度的电路参数匹配。考虑到通量鎓的相干时间可以超过1 ms，我们的门方案是有希望的大规模量子处理器。
2021-06-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanowire Superinductance Fluxonium Qubit
我们描述了一个由约瑟夫森结和NbTiN纳米线超电感组成的磁通量子比特。我们解释测量的能量谱的多模理论占的分布性质的超导和电路的非线性效应的所有订单中的约瑟夫森潜在的。使用多光子拉曼光谱，我们解决多个fluxonium跃迁，观察多级Autler-Townes分裂和测量的$T_\mathrm{1}=20$ $μ$ s的激发态寿命。通过在不同的磁通量值下测量$T_1$，我们发现了从电容损耗到电感损耗的寿命限制机制的交叉。
2019-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
CNOT gates for fluxonium qubits via selective darkening of transitions
我们分析了磁通鎓电路的交叉共振效应，并研究了一种基于跃迁选择性暗化的双量子比特门方案。在这种方法中，两个微波脉冲在目标量子比特的频率下同时施加，其幅度之间具有适当的比率，以实现受控非操作。我们详细研究了相干门动力学和计算门误差。考虑到非酉效应，我们证明了低于$10^{-4}$的门误差对于现实的硬件参数是可能的。计算跃迁的长相干时间和通量的强非谐性促进了这个数字，这很容易阻止在栅极微波驱动期间激发到更高的激发态。
2022-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal for Coherent Coupling of Majorana Zero Modes and Superconducting Qubits Using the 4 pi-Josephson Effect
我们建议使用辅助通量量子比特与拓扑一维线托管的Majorana量子比特相互作用。耦合是使用马约拉纳量子比特控制的4 π约瑟夫森效应来通量偏置磁通鎓量子比特而获得的。我们演示了如何使用这种耦合来灵敏地识别拓扑超导性，测量Majorana量子比特的状态，构建2-量子比特操作，并实现具有拓扑保护的量子存储器。
2013-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fluxonium as a control qubit for bosonic quantum information
本文实验研究 fluxonium 作为超导腔控制量子比特，在强色散耦合下实现相干性测量、Fock 态通用控制，并数值展示可消除不良腔非线性的耦合区间。
2025-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
24 days-stable CNOT-gate on fluxonium qubits with over 99.9% fidelity
本研究针对超导量子比特高保真两比特门稀缺问题，采用选择性暗化法在电感耦合fluxonium量子比特上实现60ns、保真度99.94%且24天稳定的CNOT门，将非退相干误差降至2×10⁻⁴，丰富了超三个九保真度的两比特门方案。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Impact of Josephson junction array modes on fluxonium readout
Yale University（耶鲁大学）；Yale Quantum Institute, Yale University（耶鲁量子研究所，耶鲁大学）；AWS Center for Quantum Computing（亚马逊云计算公司量子计算中心）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology（量子信息与物质研究所，加州理工学院）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（普里茨克分子工程学院，芝加哥大学）
本文理论分析磁通量子比特色散读取中由约瑟夫森结阵列内部模式引发的新型测量诱导态跃迁，发现其影响读取并导致退相干，但可通过优化频率或耦合避免。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dephasing in Fluxonium Qubits from Coherent Quantum Phase Slips
本文通过设计不同阵列结阻抗的Fluxonium量子比特，研究相干量子相位滑移引起的退相干，实验验证了CQPS退相干速率的标度规律，并揭示其低频噪声谱非1/f特征，为JJ阵列超电感设计提供指导。
2024-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Demonstration of the Two-Fluxonium Cross-Resonance Gate
超导磁通鎓量子比特具有长的相干时间和半通量量子甜点处强的非谐性，在高保真度量子门方面具有很大的潜力。然而，目前双量子位门的实现方式通过要求非计算状态的临时填充或将磁通量从最佳点调谐而损害了磁通鎓的相干特性。在这里，我们实现了一个快速的全微波交叉谐振门之间的两个电容耦合磁通与量子比特动力学以及限制在计算空间。我们展示了一个直接的CNOT门在70 ns的保真度高达$\mathcal{F}=0.9949(6)$，尽管一个次优的测量设置和设备的一致性的限制。我们的研究结果预测了一种可能的途径，可以通过目前的技术将两个量子比特的错误率降低到$10^{-4}$以下。
2022-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit QED with fluxonium qubits: theory of the dispersive regime
在电路QED中，用于量子门和超导量子比特的读出的协议通常依赖于色散机制，当量子比特-光子失谐Δ与它们的相互耦合强度相比很大时达到色散机制。对于包括库珀对盒和transmon的量子比特，选择规则极大地限制了对色散能级位移χ的贡献。相比之下，在没有选择规则的情况下，许多虚拟跃迁对χ有贡献，并且即使在大失谐下也可以产生相当大的色散位移。我们提出了一般的多能级量子点电容耦合到一个或多个谐波模式的理论，并给出了一般表达式的有效哈密顿量的二阶和四阶微扰理论。应用我们的结果fluxonium系统，我们表明，强选择规则的情况下，解释了实验中观察到的令人惊讶的大色散位移，也导致了双光子真空拉比分裂的预测。从我们的理论的定量预测是在很宽的范围内的磁通量与实验数据吻合良好，并揭示了四阶共振是重要的fluxonium光谱中观察到的相位调制。
2012-12-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Numerical Modeling of Quasiparticle-Induced Dissipation in Fluxonium Qubits
Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology（林肯实验室，麻省理工学院）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（电子研究实验室，麻省理工学院）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（电气工程和计算机科学系，麻省理工学院）
研究磁通量子比特中准粒子诱导耗散，通过数值分析不同情况的耗散率，发现现有模型在特定偏置点有误判。考虑超导能隙能量不对称性可抑制弛豫，光子辅助隧穿产生的QP只有特定能量才有\(T_1\)保护，为处理器开发和策略制定提供依据。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Scalable High-Performance Fluxonium Quantum Processor
硬件技术向通用容错量子计算方向发展，需要高性能的大规模处理单元。虽然通量量子比特具有高相干性和大非谐性，但它们的可扩展性尚未得到系统的探索。在这项工作中，我们提出了一个超导量子信息处理器的基础上，紧凑的高相干磁通抑制串扰，降低设计复杂性，提高运行效率，高保真度的门，并抵抗参数波动。在这种架构中，量子位使用连接到公共总线的单个谐振器分散地读出，并通过组合的片上RF和DC控制线进行操纵，这两者都可以设计为具有低串扰。多径耦合方法使高相干计算态之间的交换相互作用成为可能，同时抑制了虚假的静态ZZ速率，导致快速和高保真的纠缠门。我们数值研究了交叉共振控制的非和差分AC斯塔克控制的Z操作，揭示了高达1 GHz的量子比特-量子比特失谐带宽的低门误差。我们对频率拥挤的研究表明，由数千个量子比特组成的量子处理器的制造产量很高。此外，我们估计低资源开销，以抑制逻辑错误率使用XZZX表面码。这些结果为追求通用量子计算提供了一个可扩展的高性能量子体系结构。
2022-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Excitation dynamics in inductively coupled fluxonium circuits
我们提出了一个近期量子模拟器的基础上的磁通鎓量子比特电感耦合形成一个链。该系统具有长相干时间、大非谐性和强耦合等特点，适合于研究Ising自旋模型。在半通量量子最佳点处，系统由横向场伊辛模型（Tensor）描述。我们评估量子比特激发通过系统的传播。随着无序度的增加，激发变得局部化。使用电路QED方法的单个量子比特测量足以识别局域化跃迁，而无需引入可调谐耦合器。我们认为，感应耦合磁通提供了机会，研究本地化和多体效应在高度相干的量子系统。
2021-04-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization and Comparison of Energy Relaxation in Fluxonium Qubits
Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院林肯实验室）；Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电子研究实验室）；Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院电气工程和计算机科学系）；Google Quantum AI（谷歌量子AI）
研究通过八个多层铝硅量子比特分析回旋子量子比特能量弛豫时间T1的主要限制因素，基于电路模型和能级弛豫模型，比较两种制备工艺的量子比特性能。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
A gate-tunable, field-compatible fluxonium
电路量子电动力学，光子相干耦合到人造原子与超导电路，使研究和控制宏观量子力学现象的超导体。最近，结合半导体纳米线和其他静电门控元件的混合电路为介观超导性提供了新的见解。将基于磁通的混合电路的能力扩展到在磁场中工作将特别有用，既可以作为自旋极化Andreev束缚态的探针，也可以作为拓扑量子位的可能平台。由于其独特的基于持续电流的本征态，磁通鎓特别适合作为拓扑量子位的读出电路。在这封信中，我们提出了一个磁场兼容的混合磁通与静电调谐的半导体纳米线作为其非线性元件。我们在高达1 T的磁场中操作磁通鎓，并用它来观察$φ_0$ -约瑟夫森效应。这种门可调谐性和场兼容性的结合为使用超导电路探索和控制自旋极化现象开辟了途径，并使磁通鎓能够用作拓扑量子位的读出设备。
2020-10-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-sensitivity AC-charge detection with a MHz-frequency fluxonium qubit
本研究设计并操作了频率低至1.8 MHz的重磁通量子比特，通过边带冷却和循环询问实现高灵敏度交流电荷检测，灵敏度达33 μe/√Hz，媲美输运器件且抗直流噪声。
2023-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable inductive coupler for high fidelity gates between fluxonium qubits
本文提出一种可调谐电感耦合器，在两个低频重 fluxonium 量子比特间实现宽范围 XX 耦合与极低 ZZ 耦合，并演示快速、稳定且高保真的 √(iSWAP) 和 √(bSWAP) 双比特门。
2023-09-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Verifying the analogy between transversely coupled spin-1/2 systems and inductively-coupled fluxoniums
本文表征两个电感耦合超导 fluxonium 量子比特，证明其可近似为横向耦合 spin-1/2 系统并支持高保真 cross-resonance 门，同时发现需在未来设计中考虑寄生 LC 模式。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Viewing protected superconducting qubits through the lens of the cat qubit
本文通过Fock基类比受保护超导量子比特与玻色子量子比特，研究fluxonium的相图与噪声偏置，提出猫量子比特启发的偏置保持门，并探索实现被动量子存储的伊辛相互作用。
2025-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Temperature and Magnetic-Field Dependence of Energy Relaxation in a Fluxonium Qubit
本文通过调控磁通研究Fluxonium量子比特中能量弛豫的温度和面内磁场依赖性，揭示磁通噪声随温度近似线性变化、介电损耗呈T³幂律关系，并发现弱磁场会降低介电损耗限制的T₁，为超导电路噪声机制提供新见解。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Millisecond coherence in a superconducting qubit
增加对物理量子比特的控制程度是量子计算研究的关键组成部分。我们报道了一个磁通鎓类型的超导量子比特，其Ramsey相干时间达到了$T_2^*= 1.48 \pm 0.13 \mathrm{~ms}$，超过了现有技术水平一个数量级。结果，平均单量子比特门保真度超过了$0.9999$，据我们所知，超过了任何其他固态量子系统。此外，通过测量宇称禁戒跃迁到第二激发态的能量弛豫，我们排除了非平衡准粒子对相干性的影响。结合最近在fluxoniums上演示的双量子比特门，我们的结果为下一代量子处理器铺平了道路。
2021-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Observation of coherent flux-charge interaction in a gate-tunable fluxonium
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Bayerische Akademie der Wissenschaften（巴伐利亚科学院）
研究通过利用电压可调约瑟夫森结演示磁通-电荷耦合，借助宇称选择规则分离耦合与寄生电容，实现与驱动幅度线性相关且对栅极电压一阶不敏感的耦合，拓宽超导电路工具库。
2026-07-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Geometric superinductance qubits: Controlling phase delocalization across a single Josephson junction
有两种基本的超导量子比特类型直接来自量子谐振子。一种是用非线性约瑟夫森结代替电感，实现了相位变量紧凑、电荷波函数离散的电荷量子比特。另一种是并联连接，由于环形拓扑结构，产生了扩展的相位变量、连续的波函数和丰富的能级结构。虽然相应的rf-SQUID哈密顿量被引入作为二次，准一维势近似来描述长约瑟夫森结阵列实现的磁通量子比特，在这项工作中，我们直接使用由单个不间断的铝导线形成的线性超电感器来实现它。我们提出了各种各样的量子位都来自同一个电路，但具有截然不同的特征能量尺度。这包括通量和fluxonium量子比特，但也包括最近引入的准电荷量子比特，其具有强烈增强的零点相位波动和严重抑制的通量色散。几何电感器的使用导致电感和电容能量的高精度，这是由自上而下的光刻技术保证的，这是本质保护超导量子比特的关键成分。几何fluxonium也表现出一个大的磁偶极子，这使它成为一个有趣的新候选人的量子传感应用。
2021-06-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal fast flux control of a coherent, low-frequency qubit
\textit{heavy-fluxonium}电路由于在半通量阻挫点处具有长的弛豫和退相时间而成为超导量子处理器的一个有前途的构建块。然而，抑制的电荷矩阵元素和低跃迁频率使得使用标准协议执行快速单量子位门具有挑战性。我们报告了用于重置、快速相干控制和读出的新协议，该协议允许量子位以14 MHz的过渡频率进行高质量操作，其能量比环境热能尺度低一个数量级。我们利用更高水平的fluxonium来初始化具有$97$ \%保真度的量子位，对应于将其冷却到$190~\mathrm{μK}$。我们实现高保真度控制使用一套通用的单周期通量门，这是由直接合成的快脉冲，而等离子体辅助读出用于测量。在$T_1, T_{2e}\sim$ ~300~ $\mathrm{μs}$的量子位上，我们实现了$20-60$ ~ns的单量子位门，其平均门保真度为$99.8\%$。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Protected quantum computation with multiple resonators in ultrastrong coupling circuit QED
我们从理论上研究了由有限个约瑟夫森磁通鎓原子感应耦合到传输线谐振器的超强偶合电路-QED系统的两个基态所获得的量子比特的动力学行为。我们通过使用多个传输线谐振器（每个谐振器代表一个量子比特）来展示一组通用的量子门。我们讨论了磁通鎓人工原子噪声源的内在各向异性。通过主方程处理色噪声和多能级动力学，我们证明了，对于一般的各向异性噪声源，量子比特的相干时间和量子操作的保真度可以显着提高在一个最佳的制度的超强耦合，其中的基态是一个纠缠的光子“猫”态。
2011-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Driving forbidden transitions in the fluxonium artificial atom
由于原子服从不同的可能对称性，原子系统显示出丰富多样的量子动力学。这些对称性导致了对原子系统的量子控制至关重要的选择规则。超导人造原子主要由宇称对称性控制。其相应的选择规则限制了可以使用电磁电路在其最佳相干操作点（“甜蜜点”）构建的量子系统的类型。在这里，我们使用人工原子和它的读出谐振器之间的三阶非线性耦合来驱动由奇偶选择规则禁止的跃迁，以线性耦合到微波辐射。一个λ型系统出现在这些新的可访问的过渡，在这里实现的fluxonium人工原子耦合到它的“天线”谐振器。我们证明了相干操纵的磁通人工原子在其甜蜜点受激拉曼跃迁。这种类型的跃迁使得能够创建新的量子操作，例如控制和读出物理保护的人工原子。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Gatemonium: A Voltage-Tunable Fluxonium
New York University（纽约大学）
提出基于超导体-半导体混合平台的电压可调fluxonium量子比特gatemonium，通过栅极电压控制约瑟夫森能并表征其混合光谱与时域特性，为电压可调架构提供新方向。
2025-01-10 cond-mat.mes-hall
A fluxonium-based artificial molecule with a tunable magnetic moment
工程量子系统使我们能够观察到自然界中不容易获得的现象。超导电路的乐高性质使它们特别适合于构建和耦合人造原子。在这里，我们介绍了一个人工分子，由两个强耦合的磁通鎓原子，它具有可调的磁矩。使用施加的外部通量，可以在两种状态之间调节分子：一种是基态-激发态流形具有磁偶极矩，另一种是基态-激发态流形仅具有磁四极矩。通过改变外加磁通，我们发现分子的相干性受到局部磁通噪声的限制。工程和控制人造分子的能力为构建更复杂的保护量子位和量子模拟电路铺平了道路。
2016-12-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Landau-Zener-Stückelberg spectroscopy of a fluxonium quantum circuit
研究大振幅非共振周期性驱动下Fluxonium电路的时间平均布居数，通过数值模拟和Schrieffer-Wolff变换解析多能级结构下的Landau-Zener-Stückelberg光谱，为快速非绝热单比特门和纠缠协议提供预测性见解。
2025-04-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Relaxation and frequency shifts induced by quasiparticles in superconducting qubits
约瑟夫森结作为一种低损耗的非线性元件，是超导量子比特的重要组成部分。量子位自由度与准粒子隧穿通过结的相互作用代表了内在的弛豫机制。我们开发了一个一般的理论，由准粒子引起的量子比特的衰变率，我们研究了它的依赖于用于调整的设备，如相位和通量量子比特，分裂transmon和fluxonium的量子比特属性的磁通量。我们对衰变率的估计适用于热平衡和非平衡准粒子。我们建议测量分裂transmon的速率，以获得可能的非平衡准粒子分布的信息。我们还推导出在准粒子的存在下，量子比特频率的移位的表达式。
2011-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Inductively-protected Andreev (IPA) spin qubit
Quantum Advanced Research Center (QuARC), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（量子先进研究中心，西班牙国家研究委员会）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
该研究提出电感保护的安德烈夫（IPA）自旋量子比特，通过线性电感器并联安德烈夫自旋量子比特延长其弛豫时间，兼具超导量子比特的长相干性与自旋自由度的操作优势。
2026-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Decoherence of superconducting qubits caused by quasiparticle tunneling
在超导量子比特中，量子比特自由度与准粒子的相互作用定义了量子比特相干性的基本限制。本文发展了准粒子隧穿约瑟夫森结引起的纯退相率Γ_∞和结中Andreev态占据变化引起的非均匀展宽的理论。为了估计Γ_π，我们推导了量子比特动力学的主方程。自由准粒子在接近超导能隙的能量处具有大的态密度，从而提高了它们的隧穿率。然而，我们发现，与当前大多数量子比特设计（相位和通量量子比特，transmon，fluxonium）中由外在因素决定的速率相比，Γ_p很小。其中单个结被SQUID环取代的分裂transmon代表了可以使测量Γ_π成为可能的例外。量子比特频率的波动导致非均匀加宽，这可能是由与相位偏置约瑟夫森结相关的Andreev态的占据数的波动引起的。这种机制可以在具有小面积结的量子位中揭示，因为它引起的频率的最小相对变化是结中传输通道的倒数。
2012-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent operation of superconducting flux qubits
研究了微波辐射下耦合超导磁通量子比特的量子操作。磁通量子比特可以描述为磁偶极矩在弱微波场振幅的限制符合通常的实验情况。利用耦合量子比特在微波场中的哈密顿量，我们证明了强耦合可以实现高性能的受控非门操作。从实际的量子计算出发，分析了微波对相位耦合量子比特开关函数的影响。
2009-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous periodicity and parafermion hybridization in superconducting qubits
拓扑量子计算依赖于一个受保护的退化子空间，以抗噪声的方式实现复杂的操作。为此，基于非阿贝尔准粒子（如parafermions）的混合平台具有很大的前景。预计这些将出现在分数量子霍尔态和超导体之间的界面处，因此自然耦合到超导量子位。在这里，我们研究了一个parafermionic fluxonium电路，并表明拓扑状态的存在下产生一个惊人的周期性的量子比特谱。此外，在量子比特微波谱中，可以检测到与分数准粒子多重隧穿相关的不同仲费米子耦合的独特和显著的特征。有限的parafermion耦合可以减少充分退化的非阿贝尔流形，我们表明，这种配置可以用来评估系统的剩余程度的保护。
2022-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Braidonium: a braiding quantum circuit based on the $4π$ Josephson effect
我们提出了一个拓扑量子比特，其中编织和读出介导的$4π$马约拉纳约瑟夫森效应。braidonium装置由三个Majorana纳米线组成，它们聚在一起形成三结;为了控制三结处的超导相位差，纳米线被封闭在由常规超导体制成的环中;并且为了执行初始化/读出，其中一个纳米线通过拓扑约瑟夫森结耦合到fluxonium量子位。我们分析了如何基于通量的控制和读出协议可以用来演示编织和量子位操作的现实材料和电路参数。
2019-01-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Universal gates for protected superconducting qubits using optimal control
我们利用量子最优控制理论实现了两个受保护超导电路的量子门：重磁通量子比特和0- $π$量子比特。利用自动微分便于同时包含多个优化目标，允许获得具有真实脉冲形状的高保真度门。对于这两个量子位，不相交的支持低位波函数防止直接人口之间的计算基础状态转移。相反，最佳控制有利于涉及更高水平的动态，有效地提高了保护的一小部分门持续时间。对于0- $π$量子位，较高水平之间的矩阵元素的偏移-电荷依赖性对门协议提出了额外的挑战。为了缓解这个问题，我们在优化过程中随机化偏移电荷，将系统转向对电荷变化不敏感的脉冲形状。获得的封闭系统的结晶度为99%或更高，并显示在开放系统模拟略有减少。
2019-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron shelving of a superconducting artificial atom
将静止量子比特与传播光子连接是量子技术中的一个基本问题。腔量子电动力学（CQED）以远失谐腔模式的形式调用介体自由度，其对超导电路（cQED）的适应被证明是非常富有成效的。腔既阻挡量子位发射，又能够实现量子位状态的色散读出。然而，一个更直接的（无腔）接口是可能的原子钟，其中轨道循环跃迁可以散射光子，这取决于超精细或四极量子比特跃迁的状态。最初被称为“电子搁置”，这种条件荧光现象是许多量子信息平台的基石，包括捕获离子、固态缺陷和半导体量子点。在这里，我们应用搁置的想法，电路原子，并展示了条件荧光读出的fluxonium量子比特放置在一个匹配的一维波导。在基态和第三激发态之间循环非计算跃迁以量子位基态为条件每91 ns产生一个微波光子，而量子位相干时间超过50 us。读出具有内置的量子非破坏属性，允许超过100个荧光周期与四能级光泵浦模型一致。我们的结果介绍了一个资源有效的替代cQED。它还为波导QED不断增长的工具箱增加了最先进的量子存储器。
2020-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Evidence for coherent quantum phase-slips across a Josephson junction array
在一个足够窄和无限长的导线超导秩序被破坏在零温度的量子涨落，诱导$2π$滑移的相位的序参量。然而，在有限长度的导线中，相干量子相位滑移将简单地表现为包含该导线的电路的激发光谱中的能级的移动。相位滑移概率幅值越高，位移越大。发生在沿着导线的不同位置处的相位滑移彼此干扰。由于Aharonov-Casher效应，相位滑移的全振幅取决于导线周围的偏移电荷。偏移电荷的缓慢的时间波动使相位滑移幅度成为时间的随机函数，因此将能级位移转变为线宽。我们在实验中观察到这种效应的一个长约瑟夫森结阵列作为一个“滑”线。滑移诱导的线宽，尽管只有100 kHz的数量级，从磁通量依赖的失相的fluxonium量子位解决。
2012-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Tunneling of fluxons via a Josephson resonant level
本研究分析了约瑟夫森结处共振能级介导的通量子耦合机制，发现4π量子相位滑移主导的耦合可在典型通量子比特电路的跃迁谱中直接观测，且电路低能哈密顿量与拓扑超导岛对偶，可为相关实验和新型受保护比特设计提供参考。
2024-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent controlization using superconducting qubits
一致性控制，即，对一个或多个控制量子位的状态的任意单或多量子位操作的相干调节是量子计算中许多算法的灵活实现的重要成分。当某些子程序随着时间的推移而变化或频繁修改时，这一点特别重要，例如在学习代理的决策算法中。我们提出了一个方案，实现了任意数目的超导量子比特耦合到微波谐振器的相干控制。对于两个和三个量子比特，我们提出了一个明确的结构，这是高度相关的量子学习代理。我们证明了我们的建议的可行性，考虑到损耗，退相，和腔自克尔效应。
2015-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Effects of nuclear spins on the coherent evolution of a phase qubit
研究了核自旋在固态相位量子比特退相干和退相中的作用。在非马尔可夫Langevin-Bloch方程的基础上，考虑了自旋极化随时间的涨落和自旋环境的影响。我们发现的条件时，一个相位量子位耦合到一个浴的核自旋不损害相干演化的量子位。
2001-09-10 cond-mat.mes-hall
Correlated coherent oscillations in coupled semiconductor charge qubits
设计相干过程是发展量子信息技术的关键。研究了耦合半导体双量子点（DQD）中两个空间分离电子的相干动力学，通过调节DQD的栅极电压，实现了不同的双量子比特操作.特别是二阶关联相干振荡为分离粒子的量子关联提供了功能量子过程。这一结果对电子器件中量子纠缠的研究具有启发意义。
2009-05-09 cond-mat.mes-hall
Solomon equations for qubit and two-level systems: Insights into non-Poissonian quantum jumps
本研究测量并建模量子比特与两能级系统耦合的弛豫，证实非指数弛豫和非泊松量子跳跃，并用 Solomon 方程描述，暗示量子到经典的转变。
2024-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Two-level system hyperpolarization using a quantum Szilard engine
本研究针对超导量子电路受二能级系统环境影响相干性的问题，利用带主动反馈的量子西拉德引擎调控TLS环境的冷热，证实二者互为主要损耗机制，为提升量子比特寿命提供了思路。
2024-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Continuous quantum feedback of coherent oscillations in a solid-state qubit
我们从理论上分析了固态量子比特的贝叶斯量子反馈的操作，旨在保持量子比特中的完美相干振荡任意长的时间。特别是，我们研究了反馈效率存在的退相环境和检测器的非理想性。此外，我们还分析了量子比特参数偏差的影响，并研究了能量非对称量子比特的量子反馈控制。
2005-08-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Benchmarking Coherent Errors in Controlled-Phase Gates due to Spectator Qubits
操作多量子比特量子处理器的主要挑战是减轻多量子比特相干错误。对于超导电路，除了由控制线的不完全隔离引起的串扰之外，量子位之间的色散耦合是多量子位相干误差的主要来源。我们基准相位误差在受控相位门由于色散耦合的任一量子比特参与一个或多个旁观者量子比特的门。我们使用量子过程层析术测量相关的门不保真度。此外，我们指出，由于门量子位在门期间耦合到非计算状态，两量子位条件相位误差会增强。我们的工作是重要的理解限制的保真度的两个量子比特门有限的开/关比在多量子比特设置。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent spin qubit transport in silicon
容错量子处理器可以使用仅与它们最近的邻居相互作用的静止量子比特来配置，但是以每个逻辑量子比特的物理量子比特的显著开销为代价。这种开销可以通过在芯片上相干地传输量子比特来减少，从而允许直接相邻的连接。在这里，我们展示了在同位素富集的硅中的量子点之间的电子自旋量子比特的高保真相干传输。我们观察了量子位的进动在网站间隧道制度和评估的影响，量子位输运使用拉姆齐干涉术和量子态层析技术。我们报告了99.97%的偏振传输保真度和99.4%的平均相干传输保真度。我们的研究结果提供了高保真度的关键要素，芯片上的量子信息分布，长期设想，加强硅基自旋量子比特的缩放前景。
2020-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Instantaneous coherent destruction of tunneling and fast quantum state preparation for strongly pulsed spin qubits in diamond
研究了由共振强脉冲驱动的量子比特，并探索了一种参数机制，在该机制中，动力学可以用封闭形式求解。对于较长的脉冲，可以看到隧穿的瞬时相干破坏，而较短的脉冲允许快速制备量子比特状态。结果与最近的实验进行了比较脉冲氮空位中心自旋量子位在金刚石。
2010-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent manipulation of a Majorana qubit by a mechanical resonator
我们提出了一个混合系统组成的马约拉纳量子比特和纳米机械谐振器，实现了自旋轨道耦合超导纳米线，使用一组静态和振荡铁磁门。铁磁门在纳米线中诱导马约拉纳束缚态，其杂化并构成马约拉纳量子比特。由于这些门之一的振荡，马约拉纳量子比特可以相干旋转。通过调节栅极电压来调制局部自旋轨道耦合，可以达到量子位振荡器系统的共振，以获得相对较强的耦合。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exploring super-radiant phase transitions via coherent control of a multi-qubit--cavity system
我们提出利用相干控制多量子比特腔QED系统来研究一类多量子比特腔系统中的新的相变现象。除了原子系统之外，相关的超辐射相变应该在各种固态实验系统中观察到，包括耦合到光学腔模的相互作用量子点的技术重要情况。
2005-05-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
