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
Entanglement Dynamics in a Dispersively Coupled Qubit-Oscillator System
我们研究了一个量子比特与一个有限温度、耗散的驱动振子色散耦合的系统中的纠缠动力学。我们证明了有两种一般的方式来产生纠缠：一种是可以使量子比特与振荡器运动的相位或振幅纠缠。使用相关量子主方程的精确解，我们研究了这两种纠缠对耗散和温度影响的鲁棒性;在零温度（但有限阻尼）的极限下，导出了对数负性的简单解析表达式。我们还讨论了如何产生的纠缠可以通过检测退相复苏，注意到复苏可以发生，即使在没有任何有用的纠缠。我们的结果与量子电动力学，以及电路QED系统。
2008-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive Manipulation of Paired Superconducting Qubits
我们结合量子比特编码和色散动力学的思想，使强大的和简单的量子信息处理（QIP）对超导充电盒共享一个共同的偏置引线。我们在这些量子比特上建立了一个无退相干的子空间，并通过与LC谐振器的色散相互作用和编码量子比特之间的电感耦合引入了通用门。这些门保留了代码空间，只需要建立局部对称性和控制电压偏置。
2003-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Sub-microsecond high-fidelity dispersive readout of a spin qubit with squeezed photons
针对电子自旋量子比特快速读取难题，提出用位移压缩真空态光子进行色散读取，在低强度下实现亚微秒级、99%以上保真度的非破坏性测量，助力量子纠错与通用量子计算。
2023-12-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rare quantum metastable states in the strongly dispersive Jaynes-Cummings oscillator
我们提出的证据，亚稳态罕见的量子涨落开关的驱动耗散Jaynes-Cummings振荡器耦合到一个零温浴在强色散制度。我们发现，单原子复振幅双稳态伴随着低振幅长寿命的瞬态，以下称为“暗态”，具有准泊松统计分布的耦合量子位和腔模式的外观。我们发现暗态与量子比特态的自发翻转有关，使腔失谐到低光子响应。暗态的出现与色散双稳中两个亚稳态的参与有关，主方程和单量子轨道的解证明了这一点。
2018-03-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum phase transitions in the driven dissipative Jaynes-Cummings oscillator: from the dispersive regime to resonance
本文研究了受驱动耗散Jaynes-Cummings振子从复振幅双稳到相位双稳的过程。在稳态下的准分布函数，为不同的量子比特腔失谐和驱动参数，以跟踪一阶耗散量子相变的临界点标记的二阶过渡和自发对称性破缺。我们证明了在色散区的光子封锁击穿，并发现在量子双稳区的腔态共存伴随着明显的量子比特腔纠缠。专注于两个耦合的量子自由度（腔和量子位）的响应中的量子涨落的作用，我们从一个区域的最小纠缠的色散制度，在那里我们得到分析微扰的结果，自发的装饰态极化在共振的阈值行为。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emission spectrum of a qubit under its deep strong driving in the high-frequency dispersive regime
研究了在高频色散区，当驱动频率和强度显著超过量子比特跃迁频率时，量子比特在深强驱动下的发射光谱.得到了稳态一阶场关联函数和多光子发射光谱的解析表达式。光谱包括一系列窄的三角形状线，这些线源于相干过程和光子的非相干散射产生的洛伦兹峰。预测了发射谱线宽度对驱动强度的振荡依赖性。我们展示了这种依赖性的特征是如何由量子比特的退相和弛豫速率决定的。
2017-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Torque-induced dispersive readout in a weakly coupled hybrid system
提出了一种色散区弱耦合量子比特的量子态读出机制。该混合系统由微波腔中的铁磁绝缘体和超导量子比特组成。测量灵敏度的提高是通过对铁磁绝缘体磁化施加转矩来实现的，这补偿了导致异常点的系统阻尼。所提出的机制允许通过腔的传输或磁性材料的FMR信号来测量量子比特状态。
2020-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling two charge qubits via a superconducting resonator operating in the resonant and dispersive regimes
半导体量子点电荷量子比特的一个关键挑战是实现长距离量子比特耦合并在此基础上实现高保真量子比特门。在这里，我们描述了一种新型的电荷量子比特，它由一个电子被限制在三量子点系统中形成，使单量子比特门和双量子比特门工作在偶极和四极失谐甜蜜点。我们进一步给出了电荷量子比特与超导共振器之间长程偶极耦合的形式。基于量子比特和共振器组成的混合系统，我们提出了两种纠缠门：动力学iSWAP门和完整纠缠门，它们分别工作在色散和共振区域。我们发现，保真度的iSWAP门可以达到保真度高于99%的噪声水平在实验中的典型。同时，如果谐振腔中的非谐性足够大，则完整门的保真度可以超过98%。我们的方案为在半导体量子点中实现电荷量子比特的高保真量子计算提供了一种新的途径。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sequential dispersive measurement of a superconducting qubit
我们提出了一种超导装置，实现了一个transmon量子比特的顺序测量。该器件可根据需要打开和关闭与测量通道的耦合，从而禁用色散读出的常见限制，例如Purcell效应或腔模中的瞬态。量子位测量通过加载耦合到量子位的读出谐振器开始。在损耗可忽略的最佳相互作用时间之后，微波泵浦通过上转换将读出模式的内容释放到测量线中，特征时间低至10 ns，这比读出谐振器的寿命短400倍。释放场正交的直接测量证明了在$220~\mathrm{ns}$的总测量时间内$97.5~\%$的读出保真度。读出模式的维格纳层析成像允许我们表征读出模式的非高斯性质及其动态。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical squeezing of a mechanical oscillator by dispersive interaction
我们考虑一个小的部分反射的振动镜色散耦合到一个高精细腔的单一光学模式。我们证明了这种排列可以用来实现机械振荡镜的量子压缩。
2008-03-08 quant-ph
Dispersive CQED interactions between matter qubits and bright squeezed light
研究了高Q腔中物质量子比特与明亮压缩光场的色散相互作用。数值模拟结果表明，利用明亮压缩光通过色散光-物质相互作用获得一定相移的操作比明亮相干光具有更高的保真度。
2008-04-06 quant-ph
Approaching Unit Visibility for Control of a Superconducting Qubit with Dispersive Readout
在超导量子比特的拉比振荡实验中，我们表明量子比特激发态布居的可见性可以达到90%以上。我们通过将量子比特非共振地耦合到传输线谐振器并探测谐振器的透射谱来执行量子比特状态的色散测量。测量过程被很好地表征和定量地理解。在测量Ramsey条纹时，量子比特的相干时间大于500 ns。
2005-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Qubit-oscillator dynamics in the dispersive regime: analytical theory beyond rotating-wave approximation
本文将Jaynes-Cummings模型的色散理论推广到二能级系统与谐振腔之间的耦合。当失谐量足够大时，我们将非RWA哈密顿量对角化，并讨论了与已知RWA结果的差异。我们的研究结果扩展了色散量子比特读出是可能的制度。如果几个量子比特耦合到一个谐振器，一个有效的伊辛型量子比特-量子比特相互作用出现，而RWA导致各向同性的相互作用。这影响了量子比特的纠缠特性。
2009-07-20 quant-ph
Dispersive Microwave Sensing for Quantum Computing with Floating Electrons
本研究开发了低温微波源和基于谐振器的读出技术，用于在低温基板上实现漂浮电子作为量子比特的测量。
2026-01-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parity measurement of remote qubits using dispersive coupling and photodetection
宇称测量是许多纠缠产生和量子纠错方案的关键步骤。我们提出了一种用于两个远程量子比特的非破坏性奇偶校验测量的协议，即，没有直接相互作用的宏观分离的量子位。量子比特被分散地耦合到单独的谐振器，谐振器辐射到共享的光电探测器。该方案是确定性的意义上说，没有基本的成功概率的约束。与以前的建议相比，我们的协议解决了数字分辨光电探测器可用，但量子位谐振器耦合是时间无关的，只有色散的情况。
2015-10-07 quant-ph
Dispersive readout of a weakly coupled qubit via the parity-time-symmetric phase transition
对于一些腔量子电动力学系统，如单电子自旋耦合到无源腔，它是具有挑战性的，以达到强耦合制度。在这种弱耦合状态下，传统的色散读出技术不能用于分辨自旋的量子态。本文提出了一种改进的色散读出方法，通过利用一个或两个线性耦合到包含量子比特的无源腔的辅助腔来测量弱耦合量子比特的量子态。在这两种情况下，通过适当的参数，排除量子比特的系统可以在例外点（EP）处表现出宇称时间对称的相变。由于EP可以放大由量子比特引起的微扰，而宇称时间对称性可以使无源腔的透射谱中的峰的线宽变窄，因此我们可以通过该透射谱测量弱耦合量子比特的量子态。由于量子比特和无源腔之间的弱耦合，与强耦合状态下的传统色散读出技术相比，由于量子比特的测量而引起的反作用也可以减少。
2019-06-03 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Two-Qubit State Tomography using a Joint Dispersive Read-Out
量子态层析成像是量子信息科学中全面表征多量子比特态及其相关性的重要工具。在这里，我们报告了一种方法来执行联合同时读出的两个超导量子比特色散耦合到微波传输线谐振器的相同模式。谐振器传输对量子比特状态相关腔频率的非线性依赖性允许我们提取完整的两量子比特相关性，而不需要Single Shot读出各个量子比特。我们采用标准的层析技术来重建双量子比特量子态的密度矩阵。
2008-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive regime of circuit QED: photon-dependent qubit dephasing and relaxation rates
超导电路可以用来研究腔量子电动力学（QED）物理的新机制，从而实现电路QED。对于量子信息处理和量子光学，电路QED的一个有趣的区域是色散区域，其中量子比特跃迁频率和谐振器频率之间的失谐远大于相互作用强度。在本文中，我们调查如何非线性校正的色散制度影响测量过程。我们发现，在存在纯量子位退相的情况下，用于测量量子位的谐振器的光子布居充当有效的热浴，诱导量子位的非相干弛豫和激发。因此，测量引起量子位的退相和混合，这可以减少读出的量子非破坏方面。使用量子轨道理论，我们表明，这种热浴可以诱导量子位态的量子跳跃，并降低零差测量电压的可实现的信噪比。
2008-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Heisenberg-limited qubit readout with two-mode squeezed light
我们展示了如何使用双模压缩光来指数增强基于腔的色散量子比特测量。我们的计划，使真正的海森堡有限缩放的测量，至关重要的是，不限于小色散耦合或不切实际的长测量时间。它涉及将一个量子比特分散地耦合到两个腔，并利用联合腔正交体（所谓的量子力学自由子系统）动力学中的对称性。我们讨论了该计划的基本缩放及其对缺陷的鲁棒性，以及在电路量子电动力学的现实实现。
2015-08-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
All-Microwave Control and Dispersive Readout of Gate-Defined Quantum Dot Qubits in Circuit Quantum Electrodynamics
发展快速准确的控制和读出技术是利用半导体量子比特进行量子信息处理的一个重要挑战。本文研究了GaAs/AlGaAs双量子点（DQD）电荷量子比特与高阻抗SQUID阵列谐振器强耦合的动力学和相干特性。我们用合成的微波脉冲驱动量子比特跃迁，并通过量子比特在色散耦合谐振器上产生的依赖于状态的频移来执行量子比特读出。我们进行拉比振荡，拉姆齐条纹，能量弛豫和哈恩回波测量，并发现显着降低退相干率下降到$γ_2/2π\sim 3\,\rm{MHz}$对应的相干时间高达$T_2 \sim 50 \, \rm{ns}$的电荷状态在门定义的量子点量子比特。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Phase-space theory for dispersive detectors of superconducting qubits
受最近实验的启发，我们研究了量子比特二次耦合到其检测器（阻尼谐振子）的动力学。我们使用一个复杂的环境的方法，明确地描述量子比特和振荡器的动力学通过他们的完整的Floquet状态主方程在相空间。我们研究了环境对被测量子比特的反作用，并探索了几种测量协议，其中包括一个长期的完整读出周期以及基于量子比特和振荡器之间的短时间信息传输的方案。我们还表明，指针变得可测量之前，量子位中的所有信息已经丢失。
2007-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Measurement-induced state transitions in dispersive qubit readout schemes
本研究针对超导量子比特色散读出中高功率引发非计算态跃迁的问题，基于缀饰相干态提出两种确定无跃迁最大读出光子数的通用度量指标，经fluxonium验证不依赖特定量子比特近似，可用于电路优化与不同量子比特读出性能比较。
2024-11-30 quant-ph
Multiplexed dispersive readout of superconducting phase qubits
介绍了一种超导相位量子比特的频率复用读出方案。使用具有四个相位量子比特的量子线路，我们将每个量子比特耦合到单独的集总元件超导读出谐振器，读出谐振器并联连接到单个测量线。读出谐振器和控制电子器件的设计使得所有四个量子位可以在一条测量线上使用频率复用同时读出。这项技术提供了一种高效、紧凑的方法来读出多个量子位，这对于扩展到更大数量的量子位是一个显著的优势。
2012-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent Feedback Improved Qubit Initialization in the Dispersive Regime
通过零差检测来自色散耦合微波谐振器的输出信号来读出超导量子比特的状态是电路量子电动力学中的常见技术，并且通常被称为量子非破坏（QND），直到与色散近似相同的近似阶数。然而，在这项工作中，我们表明，只有在无限的测量时间的限制是这个协议QND，因为在量子比特腔系统中形成的修饰相干态应用于量子比特状态的有效旋转。我们展示了如何通过相干操作来纠正这种旋转，从而通过测量和相干反馈改进量子位初始化。
2015-06-17 quant-ph
Capacitive crosstalk in gate-based dispersive sensing of spin qubits
本文研究了硅双量子点器件中栅极色散读出时由电容耦合引起的射频串扰，通过高Q值NbN谐振器量化了串扰对量子比特操作的影响，并提出将量子比特频率设置低于谐振器频率以抑制串扰。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive Photon Blockade in a Superconducting Circuit
在耦合到超导电荷量子比特的超导共面波导腔中实现了介导的光子-光子相互作用。这些非共振相互作用阻止光子通过腔的传输。这种所谓的色散光子阻断的特征在于测量总透射功率，同时改变入射到腔上的光子的能谱。观察到具有四个不同台阶的阶梯，并且可以理解为与量子点中的电子输运和库仑阻塞类似。这项工作与以前的努力不同，因为腔量子比特激发保留了光子性质，而不是量子比特和光子的杂交，并为未来的凝聚态实验提供了所需的无序容忍度。
2011-05-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive-induced magnon blockade with a superconducting qubit
本研究在强色散区域中，通过超导量子比特与钇铁石榴石球中磁子模式的色散相互作用，实现了磁子阻塞（$g^{(2)}(0)\ ightarrow0.04$），揭示了量子比特诱导非谐性抑制双磁子跃迁的机制，并验证了低温条件下的可观测性，为单磁子操控和量子信息处理提供了稳健平台。
2025-04-22 quant-ph
Large Dispersive Shift of Cavity Resonance Induced by a Superconducting Flux Qubit in the Straddling Regime
我们证明了在跨跃状态下，电容耦合超导磁通量子比特在共面波导谐振腔中引起的色散频移的增强。所观察到的位移的幅度，80 MHz的量子位谐振器失谐5 GHz，定量解释的广义Jaynes-Cummings模型，考虑到量子位更高的能级的贡献。通过将增强的色散位移应用于量子比特读出，我们实现了90%的拉比振荡对比度，这主要是由量子比特的能量弛豫限制的。
2012-10-31 cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive reservoir influence on the superconducting phase qubit
在本文中，一个解析描述的基础上的主方程。该主方程由超导相位量子比特系统形成，该超导相位量子比特系统耦合到扭转谐振器并由色散库阻尼。提出了一种分析方法，用于研究量子比特系统中的一些物理现象，如量子比特反转、纯度和负性。此外，这些现象进行了讨论的共振和非共振的情况下，许多不同的初始状态。从计算结果中发现，上述现象取决于分散的储层参数，导致他们的死亡。然而，色散库的存在导致系统相干性的完全破坏，导致量子比特与扭转共振器之间纠缠的死亡。
2015-09-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive Qubit Measurement by Interferometry with Parametric Amplifiers
我们进行了详细的分析，如何放大干涉仪可以用来提高色散量子比特测量的质量，例如对超导transmon量子比特进行测量，使用零差检测放大的微波信号。我们的建模作出了现实的评估是什么可能在当前的电路QED实验，特别是，我们考虑到短微波脉冲的量子比特诱导相移的频率依赖性。我们比较可能的信噪比可获得（单模）SU（1，1）干涉仪与当前的相干测量，并发现在实验上可访问的参数范围内的测量误差概率大大减少。
2014-10-02 quant-ph
Entanglement Dynamics in Dispersive Optomechanics: Non-Classicality and Revival
研究了由两个光学模和一个光学谐振腔组成的色散光机械系统中的纠缠动力学。这两种光学模式与机械振荡器相互作用，但不直接相互作用。光纠缠的出现证明了振子的非经典性。我们研究了纠缠动力学与光机耦合、腔中平均光子数和振子温度的关系。提出了一种超冷原子系综的实验实现方法。
2020-11-01 quant-ph
Readout of a weakly coupled qubit through the use of an auxiliary mode
量子位和腔模式之间的色散耦合被广泛用于执行量子位状态的非破坏性读出。在这种方法中，通常需要实现色散强耦合状态。在这里，我们表明，使用一个辅助腔模式减少了数量级的色散耦合所需的值，对于一个给定的腔模式的衰减率。在输入-输出形式主义内，在光子散射矩阵元素和信噪比方面进行分析。我们推导出简单的解析表达式的最佳参数和恢复标准的单模结果作为一个限制的情况下。目前的结果也可以应用到基于纵向腔量子比特相互作用的量子比特读出，以及任何传感方案，其中腔频率被用作探针来估计一些感兴趣的物理参数。
2018-10-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Three-qubit direct dispersive parity measurement with Tunable Coupling Qubits
我们考虑直接三量子比特奇偶测量方案与两个测量谐振器，使用电路量子电动力学分析其功能的几种不同类型的超导量子比特。我们发现，对于最常见的transmon类量子位，存在额外的量子位态依赖的耦合项的两个谐振器阻碍了执行直接奇偶测量的可能性。我们展示了如何通过在特定设计的配置中采用可调谐耦合量子比特（TCQ）来解决这个问题。在这种情况下，我们通过消除有害项来有效地设计原始模型哈密顿量。我们进一步发展的信息增益方面的测量分析，并提供一些估计的典型参数与TCQs的最佳操作。
2017-08-14 quant-ph
Ground-state cooling of dispersively coupled optomechanical system in unresolved sideband regime via dissipatively coupled oscillator
在色散耦合振荡器的光机械冷却中，仅可能在分辨边带区域中达到振荡器基态，其中腔模线宽小于被冷却的机械振荡器的谐振频率。在本文中，我们表明，色散耦合系统可以冷却到基态在未解决的边带制度使用辅助振荡器，这是耦合到相同的光学模式通过耗散相互作用。辅助振荡器的谐振频率接近目标振荡器的谐振频率;因此，辅助振荡器也处于未分辨边带状态。我们只需要一个单一的蓝色失谐激光模式来驱动腔。
2016-04-12 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Enhancing Dispersive Readout of Superconducting Qubits Through Dynamic Control of the Dispersive Shift: Experiment and Theory
该研究通过动态减小超导量子比特与读取谐振器失谐、增大色散频移并加倍读取模式线宽，在100 ns内实现0.25%的两态读取错误和近四倍信噪比提升。
2023-07-15 quant-ph
High-contrast dispersive readout of a superconducting flux qubit using a nonlinear resonator
我们展示了超导磁通量子比特的高对比度状态检测。基于SQUID，通过探测非线性谐振器的微波传输来实现检测。根据谐振器的驱动强度，检测器可以工作在单稳态或双稳态模式。双稳态操作结合了高灵敏度和固有锁存。拉比振荡的测量对比度高达87%;在丢失的13%中，只有3%无法解释。涉及两个连续检测脉冲的实验与通过第一测量制备量子比特状态一致。
2006-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum limit of laser cooling in dispersively- and dissipatively-coupled optomechanical systems
机械振荡器可以通过将它们耦合到光学或微波腔来冷却。超越标准的量子噪声的方法，我们找到了一个解析表达式的稳态声子数的系统中的机械振荡器的位置调制腔频率以及腔线宽。我们追踪的起源为量子极限的冷却波动的光学力在和远离机械频率。最后，我们计算了不同耦合类型的最小声子数。我们的研究阐明了如何有利地结合色散和耗散光机耦合。
2013-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dispersive cavity-mediated quantum gate between driven dot-donor nuclear spins
针对远距离核自旋量子比特难以实现双量子比特门的问题，理论研究了微波谐振器与混合量子点-供体系统的相互作用，通过驱动补偿频率失配并实现色散耦合，实现了保真度接近90%的核自旋双量子比特门。
2023-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement Generated by the Dispersive Interaction: The Dressed Coherent State
在量子比特-腔耦合的色散状态下，经典腔驱动填充腔，但使量子比特状态不受影响。然而，色散哈密顿量是在框架变换和近似之后导出的。因此，为了与外部实验设备连接，需要将色散坐标系逆变换为实验室坐标系。在这项工作中，我们证明了在实验室框架中，系统最好由称为修饰相干态的纠缠态描述，因此即使在色散状态下，量子比特和腔之间也会产生纠缠。此外，我们表明，进一步的量子比特演化依赖于修饰相干态的振幅和相位，并使用修饰相干态来计算最近开发的色散读出协议的测量对比度。
2015-06-16 quant-ph
Inducing nontrivial qubit coherence through a controlled dispersive environment
我们展示了如何色散制度的Jaynes-Cummings模型可能作为一个有价值的工具，开放量子系统的研究。我们采用自下而上的方法来构建一个环境，保持量子比特的能量和诱导不同的相干动力学。然后，我们提出了一个紧凑的表达量子位的相干性，在这里适用于有限数量的热填充模式的情况下，在环境中的推导。我们还讨论了如何调整模型参数，以促进量子比特相干性的短时单调衰减（STMD）的产生。我们的研究结果提供了一个广泛适用的平台，节能开放系统动力学的调查，这是完全掌握目前的量子技术。
2019-03-07 quant-ph
System Characterization of Dispersive Readout in Superconducting Qubits
本研究提出两种低校准需求的自动化协议，可表征超导量子比特色散读出的关键参数与系统效率，验证了基于提取参数的模型对54量子比特器件读出信噪比的预测误差在10%以内。
2024-02-01 quant-ph
Single Shot i-Toffoli Gate in Dispersively Coupled Superconducting Qubits
量子算法通常受益于执行多量子位（>2）门的能力。到目前为止，这种多量子位门通常被分解为单量子位门和双量子位门，特别是在超导量子位架构中。在一个步骤中执行多量子位操作的能力可以大大提高许多算法的保真度和执行时间。在这里，我们提出了一个Single Shot方法来执行一个i-Toffoli门，一个三量子比特门门，两个控制和一个目标量子比特，使用目前现有的超导硬件。我们展示了数值证据的过程保真度超过98%和500纳秒的门时间的超导量子比特通过可调谐耦合器相互作用。我们的方法可以直接向前扩展，以实现具有两个以上控制量子位的门。
2021-11-10 quant-ph
Tunable joint measurements in the dispersive regime of cavity QED
多个量子比特的联合测量已经被证明为量子信息处理开辟了新的可能性。在这里，我们提出了一种基于零差检测的方法来实现腔/电路QED的色散制度，这样的测量。通过改变测量的细节，可以将读出从仅提取单量子比特调整为仅提取多量子比特属性。我们得到了一个简化的随机主方程描述这种测量及其对量子比特的影响。作为一个例子，我们目前的结果显示奇偶校验测量的两个量子位。在这种情况下，测量一个初始非纠缠态可以以接近单位的概率产生一个显着的并发状态。
2010-04-05 quant-ph
Dynamics of a dispersively coupled transmon qubit in the presence of a noise source embedded in the control line
我们描述transmon量子位动力学的存在下引入的噪声的阻抗匹配电阻（$50\,\mathrmΩ$），嵌入在量子位控制线。为了获得时间演化，我们严格推导出电路的量子比特，读出谐振器和电阻的哈密顿通过描述后者作为一个无限的玻色子模式的集合通过Caldeira-Leggett模型。从这个Jaynes-Cummings哈密顿量开始，电感耦合到由电阻器组成的远程浴，我们一致地获得了量子比特和谐振器在色散区的Lindblad主方程。我们利用基本的对称性的主方程的Liouvillian超算子转换成一个块对角矩阵。块对角化方法揭示了量子比特的指数消相干速率被Liouvillian超算子的单个块的最慢衰减本征模很好地捕获，这可以很容易地计算。该模型捕捉到了经常使用的色散强极限近似的量子比特退相干率是线性成比例的读出谐振器中的热光子的数量，但预测显着更好的退相干率时，谐振器的耗散率增加超过色散强制度。我们的工作提供了一个完整的定量描述的贡献量子位退相干率来自控制线的芯片，目前在电路QED实验室，并建议不同的可能的方法来减少这种噪声源。
2022-10-13 quant-ph
Optimal dispersive readout of a spin qubit with a microwave resonator
半导体自旋量子比特与超导微波谐振器的强耦合最近得到证实。这些突破为量子信息处理铺平了道路，该处理将固态自旋量子比特的长相干时间与现有超导量子比特实现的长距离连接、快速控制和快速高保真量子非破坏读出相结合。本文从理论上分析和优化了半导体双量子点通过电偶极矩耦合到微波谐振腔中的单自旋色散读出。强自旋-光子耦合源于电子自旋在局部磁场梯度中的运动。我们计算的信噪比（SNR）的读出占Purcell自旋弛豫和自旋弛豫所产生的半导体内的固有电噪声。我们表达的最大可实现的SNR与这两个耗散过程相关的协同性。我们发现，而协同效应的DQD和谐振器之间的偶极耦合的强度增加，它不依赖于磁场梯度的强度。然后，我们优化作为实验可调DQD参数的函数的SNR。我们确定了参数空间的宽区域，其中量子比特上的谐振器光子的不必要的反作用很小。此外，我们发现，耦合的谐振器到其他DQD过渡可以提高SNR的至少两个因素，一个“跨越”的效果，只发生在非零能量失谐的DQD双阱势。我们估计，与目前的技术，单次拍摄读出的范围$82-95\%$的精度可以实现在几个$μ\textrm{s}$的读出时间，而不需要使用Purcell过滤器。
2020-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast quantum non-demolition readout from longitudinal qubit-oscillator interaction
我们展示了如何利用纵向量子位-振子相互作用实现高保真量子非破坏量子位读出。这通过在腔频率处调制纵向耦合来实现。量子位-振荡器相互作用然后充当腔上的量子位状态依赖驱动，这种情况与标准色散情况根本不同。可以利用单模压缩来指数地增加该读出协议的信噪比。我们在电路量子电动力学和一个可能的多量子位架构中实现了这个想法。
2015-04-15 cond-mat.mes-hall 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
Rapid detection of coherent tunneling in an InAs nanowire quantum dot through dispersive gate sensing
色散传感是一种强大的技术，能够实现固态量子比特的可扩展和高保真度读出。特别是，基于栅极的色散传感已经被提出作为未来拓扑量子位的读出机制，其可以通过单电子隧穿通过零能量模式来测量。这种读出的发展需要解决相干电荷隧穿幅度从一个量子点在马约拉纳零模式主机系统忠实地在短时间尺度上。在这里，我们展示了快速单次检测的相干单电子隧道InAs纳米线量子点之间的振幅。我们将一个亚GHz的集总元件微波谐振器连接到一个点上的高电平臂门上，实现了一个灵敏的色散检测电路。由此产生的大的点谐振器耦合导致观察到的色散位移是在电荷简并的谐振器线宽的顺序。这种移位使我们能够区分库仑阻塞和共振，对应于量子位状态读出所预期的场景，对于1微秒的积分时间，信噪比超过2。我们的结果为在拓扑量子比特中实现微秒尺度上费米子宇称的Single Shot测量铺平了道路。
2018-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dynamics of dispersive single qubit read-out in circuit quantum electrodynamics
非共振耦合到传输线谐振器的超导量子位的量子态可以通过测量通过谐振器传输的电磁场的正交幅度来确定。我们目前的实验中，我们详细分析了作为测量频率的函数的传输场的动态弱连续和脉冲测量。我们发现我们的数据和计算的基础上的一组布洛赫型微分方程的腔场来自色散的Jaynes-Cummings哈密顿量，包括耗散之间的极好的协议。我们表明，测量的系统响应可以用来构建一个测量算子，量子比特人口可以准确地推断。这样的测量算子可以用在层析成像方法中，以在整体平均测量中重建单量子位和多量子位状态。
2009-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
General method for extracting the quantum efficiency of dispersive qubit readout in circuit QED
我们提出并证明了一个通用的三步方法，用于提取电路QED中色散量子比特读出的量子效率。我们使用主动耗尽测量后的光子和两个正交的最佳积分权重函数，以最大限度地提高非稳态零差测量的信噪比。我们推导出解析和实验证明，该方法鲁棒地提取的量子效率在线性制度的任意读出条件。我们使用已证明的方法来最佳地偏置约瑟夫森行波参量放大器，并量化不同的读出放大链中的噪声贡献。
2018-04-05 quant-ph
Dispersive measurement of a semiconductor double quantum dot via 3D integration of a high-impedance TiN resonator
半导体量子点中的自旋由于其异常长的相干时间而成为低温量子处理器的候选者。缩放量子点自旋量子位的一个主要挑战是密集布线要求，这使得很难想象制造纠错所需的最近邻耦合量子位的大型阵列。我们描述了一种方法来解决这个问题，通过使用高阻抗超导谐振器与二维网格单元格面积为$0.16~\text{mm}^2$，使用三维积分的量子位间隔。为了证明这种方法的可行性，我们展示了三维集成的高阻抗TiN谐振器耦合到一个双量子点的Si/SiGe异质结构。使用的谐振器作为一个分散的门传感器，我们调整设备的单电子制度的SNR = 5.36限制的谐振点电容。点和谐振器系统的表征表明，可以进行这种集成，同时保持量子点的低电荷噪声度量，并提高超导谐振器（$Q_L = 2.14 \times 10^4$）的负载品质因数，从而实现高灵敏度电荷检测和高保真度2-qubit门的潜力。该工作为二维量子点量子比特阵列的腔介导相互作用铺平了道路。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement of Autler-Townes and Mollow transitions in a strongly driven superconducting qubit
我们提出了光谱测量的Autler-Townes二重态和边带的Mollow三重态在一个驱动的超导量子比特。量子位的基态到第一激发态跃迁被强烈泵浦，而所得的修饰量子位光谱用弱音调探测。使用非谐振耦合到微波传输线谐振器的量子位的色散读出来检测相应的跃迁。Autler-Townes和Mollow谱线的观察到的频率与色散Jaynes-Cummings模型很好地一致，该模型考虑了更高的激发量子比特态和由于非共振驱动引起的色散能级位移。
2008-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive readout scheme for a Josephson phase qubit
我们提出了一个色散方案读出约瑟夫森相位量子比特的实验结果。一个电容并联的dc-SQUID被用作电感耦合到量子比特的非线性谐振器。我们通过测量从SQUID谐振器反射的微波脉冲的幅度和相位来检测量子比特的通量状态。通过这种低耗散的方法，我们将量子位状态测量时间减少到25微秒，这比使用通过将SQUID切换到其非零直流电压状态来执行的常规读出快得多。所演示的读出方案允许通过采用频分复用使用单个微波线读出多个量子比特。
2010-10-05 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
