Tunable Microwave Single-photon Source Based on Transmon Qubit with High Efficiency
单光子源是量子技术的重要组成部分，在量子技术的各种应用中发挥着重要的作用。在这里，我们展示了一个高效的可调谐按需微波单光子源的基础上的transmon量子比特的固有发射效率超过98 $\%$。高效率确保了可忽略的纯退相速率和产生不可分辨光子的必要条件。我们提供了一个扩展的讨论和分析的效率的光子产生。为了进一步实验确认的单光子源的属性，关联函数的发射场也测量使用线性探测器与GPU增强的信号处理技术。我们的实验结果表明，频率可调谐性和可以忽略不计的纯退相率可以同时实现，并表明这样的可调谐单光子源可以很好的各种实际应用中的量子通信，模拟和信息处理的微波制度。
2019-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Tunable Superconducting Qubits with Flux-Independent Coherence
研究了低频磁通量噪声对不同可调谐度的超导transmon量子比特的影响。我们发现，具有较弱的可调谐性的量子位表现出失相，是不太敏感的磁通噪声。这种见解被用于制造量子位，其中由于通量噪声引起的失相被抑制在其他失相源之下，导致在~340 MHz的可调谐范围内的通量无关的失相时间T2* ~ 15 us。这种可调量子位有可能创建高保真、容错的量子位门，并从根本上提高量子处理器的可扩展性。
2017-02-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Transmon Qubit in a Magnetic Field: Evolution of Coherence and Transition Frequency
本文报道了在面内磁场中对固定频率同心transmon量子比特的光谱和时域测量，以探索其磁场兼容性的极限。我们证明了量子位的量子相干性高达$B={40}\,\mathrm{mT}$的场值，即使没有优化的芯片设计或量子位的材料组合。失相率$Γ_φ$被证明是不受磁场在宽范围内的量子比特跃迁频率。对于量子比特跃迁频率的演化，我们发现在阴影角蒸发过程中产生的非预期的第二结是不可忽略的，并推导出与场相关的量子比特能量的解析公式。我们讨论了相关的场依赖的损失通道，这不能区分我们的测量，邀请进一步的理论和实验研究。使用众所周知的和研究的超导量子体系结构的标准组件，我们能够达到一个领域的制度相关的量子传感和磁自旋和自旋系统的混合应用。
2019-09-06 quant-ph
Chip-scale superconducting quantum gravimeter combining a SQUID, a transmon, and a nanomechanical resonator
Qatar Center for Quantum Computing, College of Science and Engineering, Hamad Bin Khalifa University（卡塔尔量子计算中心，科学与工程学院，哈马德·本·哈利法大学）；Department of Physics, National Institute of Technology Srinagar（物理系，斯利那加国家技术学院）
本文提出一种芯片级超导重力仪，利用可调磁通transmon量子比特与高Q值纳米机械梁耦合，通过SQUID磁通调制量子比特频率，实现高带宽重力测量。
2026-05-01 quant-ph
Chip-to-chip entanglement of transmon qubits using engineered measurement fields
虽然电路QED器件中的片上处理能力正在迅速增长，但一个开放的挑战是在不同芯片上的量子位之间建立高保真量子链路。在这里，我们展示了不同cQED芯片上的transmon量子比特之间的纠缠，具有$49\%$并发和$73\%$ Bell态保真度。我们工程师的半宇称测量连续反射相干微波场关闭两个几乎相同的transmon谐振器系统。通过确保测量的输出场不区分$\vert 01 \rangle$和$\vert 10 \rangle$，非纠缠叠加态被概率地投影到奇宇称子空间中的纠缠态上。我们使用原位可调谐性和一个额外的弱耦合驱动场的第二个谐振器，以克服由于制造的变化不完美的匹配。为了证明这种方法的灵活性，我们还通过设计$\vert 00 \rangle$和$\vert 11 \rangle$状态的输出匹配来产生类似质量的偶宇称纠缠态。该协议的特点是在一个范围内的测量强度使用量子态层析成像显示出良好的协议与一个全面的理论模型。
2017-12-17 quant-ph
A gate tunable transmon qubit in planar Ge
本文在平面锗中制备了栅极可调transmon量子比特，通过铝诱导二维空穴气超导并集成Xmon电路，展示了宽频率可调性和最高75 ns相干时间，为第四族CMOS兼容材料中的新型混合与受保护量子比特开辟了道路。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall 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
A superconducting qubit with noise-insensitive plasmon levels and decay-protected fluxon states
本文提出并实现了深处于transmon极限下的电感分流transmon量子比特，仅5.1 MHz磁通色散即实现全磁通量子范围内稳定相干时间，并观测到分钟级基态隧穿寿命，为改进量子比特编码和避免态泄漏提供新途径。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent and compact van der Waals transmon qubits
本文提出了一种由范德瓦尔材料制成的相干且紧凑的超导量子比特，展示了其在低温下的高相干性和介电损耗主导的弛豫机制。
2025-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Gatemon Benchmarking and Two-Qubit Operation
最近的实验已经证明了半导体纳米线约瑟夫森结的超导transmon量子比特。这些混合门激子量子比特利用半导体的场效应可调谐性特性，以允许使用栅极电压进行完全的量子比特控制，这可能是优于传统通量控制的transmons的技术优势。在这里，我们提出了一个双量子比特门电路的实验。我们描述了量子比特的一致性和稳定性，并使用随机基准测试来证明所有门的单量子比特门误差低于0.7%，包括电压控制的$Z$旋转。我们展示了两个栅振子之间的相干电容耦合和相干交换操作。最后，我们完成了一个双量子比特控制相位门，估计保真度为91%，证明了门子量子比特用于构建可扩展量子处理器的潜力。
2015-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Charge-Noise Insensitive Chiral Photonic Interface for Waveguide Circuit QED
手征光子界面是一个量子系统，它具有向左和向右发射光子的不同概率。片上兼容的手性界面在光-物质相互作用的基础研究和量子信息处理的应用中都具有重要的意义。我们提出了这样一种基于超导电路的手征界面，它具有宽带宽、丰富的可调谐性和对制造变化的高容忍度。拟议的接口包括一个核心，使用库珀对盒（CPB）打破时间反演对称性，和两个超导transmons连接核心的方式让人想起一个巨大的原子波导。"transmons形成了一种与核心解耦的状态，类似于原子物理学的暗态，使整个界面对CPB电荷噪声不敏感。所提出的接口可以扩展到实现一个宽带全无源片上微波光子环行器。
2021-12-01 cond-mat.supr-con quant-ph
A fast tunable 3D-transmon architecture for superconducting qubit-based hybrid devices
超导量子位利用约瑟夫森结的强非线性。通过电流偏置或通过磁通量来控制约瑟夫森非线性，可以是在由超导量子比特组成的混合系统中带来可调谐性的有价值的资源。为了实现这样的控制，在这里，我们将一个快速通量线的频率可调transmon量子位在3D腔结构。我们研究了磁通相关的动态范围，从无约束状态的弛豫，和磁通线的带宽。使用时域测量，我们探测transmon的弛豫从更高的能级后填充腔与$\approx 2.1\times10^4$光子。对于实验所用的器件，我们发现相干恢复所对应的重现时间为4.8~ $μ$ s。我们使用快通量线来调谐量子比特频率，并演示了腔和量子比特模式之间的单个激发的交换。通过测量转移布居与理论预测的偏差，我们估计通量线的带宽为$\approx$ ~100 MHz，受到设计中寄生效应的限制。这些结果表明，在这里采取的方法来实现一个快速的磁通线在一个3D腔可能是有用的基于超导量子位的混合设备。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Junction-Intrinsic Dissipation in Hybrid Superconductor-Semiconductor Gatemon Qubits
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究发现门控量子比特的退相干时间较短，原因在于结内固有损耗，通过对比不同结构的量子比特，揭示了温度无关的结内损耗主导了退相干时间限制。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonreciprocal interaction and entanglement between two superconducting qubits
本文提出在超导平台上结合相干与耗散耦合实现两量子比特的非互易相互作用，并利用间距调控产生非互易纠缠，无需非线性或复杂构型，可用于量子信息处理与量子网络构建。
2024-11-11 quant-ph
Engineering Fast High-Fidelity Quantum Operations With Constrained Interactions
了解如何调整量子动力学以实现所需的进化是几乎所有量子技术的关键问题。我们提出了一个非常普遍的方法，设计高效率的控制序列，总是完全兼容的可用的相互作用和可调性的实验约束。我们的方法减少到最后通过求解一组与时间无关的线性方程组来找到控制场。我们说明了我们的方法，通过将其应用到一些物理相关的问题：强驱动限制的两级系统，快速压缩在参数驱动腔，泄漏问题transmon量子比特门，和加速SNAP门在量子比特腔系统。
2020-03-26 quant-ph
Precision frequency tuning of tunable transmon qubits using alternating-bias assisted annealing
本研究利用交变偏置辅助退火技术，在室温下实现可调谐transmon量子比特的精密频率调谐，验证了其对相干性的提升作用，展示了高保真门操作，为超导量子处理器规模化发展开辟新路径。
2024-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fluxonium: an alternative qubit platform for high-fidelity operations
超导量子比特为建造大规模量子计算机提供了一条有希望的道路。简单而强大的transmon量子比特一直是领先的平台，实现了多个里程碑。然而，容错量子计算要求量子比特操作的错误率明显低于现有技术。因此，具有更好错误保护的替代超导量子比特吸引了越来越多的兴趣。其中，fluxonium是一个特别有前途的候选人，具有大的非谐性和长的相干时间。在这里，我们设计了一个基于磁通鎓的量子处理器，它集成了高量子位相干性，快速频率可调谐性以及用于复位，读出和门的单个量子位寻址能力。通过简单快速的门方案，我们实现了平均单量子比特门保真度为99.97%，双量子比特门保真度高达99.72%。该性能与超导电路文献中报道的最高值相当。因此，我们的工作，第一次在超导量子比特领域，揭示了一种方法走向容错量子计算，是替代和竞争的transmon系统。
2021-12-23 quant-ph
Non-degenerate parametric amplifiers based on dispersion engineered Josephson junction arrays
本文提出一种基于色散工程约瑟夫森结阵列的非简并参量放大器，利用含10^3个JJ的长阵列在低于10 GHz的多个本征模实现放大，并借助SQUID结实现磁通可调，以90%保真度演示了transmon量子比特量子跃迁的连续检测。
2023-10-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Mitigation of quantum crosstalk in cross-resonance based qubit architectures
本研究提出一种基于交叉共振门的transmon架构，被动缓解ZZ串扰和频率碰撞，扩展快速高保真CR门操作区域，并给出误差识别模型，有助于提升大规模固定频率量子处理器性能。
2023-11-12 quant-ph
Low-loss high-impedance circuit for quantum transduction between optical and microwave photons
微波和可见光之间的量子转换器是基于超导量子比特的长距离量子网络所必需的。光学活性自组装量子点分子（QDM）是实现量子换能器的一个有吸引力的平台，因为QDM中的激子可以在单光子水平上有效地耦合到光场和微波场。最近，微波和光学光子之间的转换已被证明与超导谐振器集成的QDM。在本文中，我们提出了一种量子点高阻抗谐振器器件的设计与低微波损耗和预期的大的单微波光子耦合强度的100兆赫。我们使用转印技术将自组装量子点集成到高阻抗超导谐振器上，并展示了1.8 MHz的低微波损耗率和量子点的栅极可调谐性。微波损耗率远低于预期的QDM-谐振器耦合强度以及典型的transmon-谐振器耦合强度。这一特征将促进光学和微波量子比特之间的有效量子转换。
2021-12-09 quant-ph
Cavity-QED of a quantum metamaterial with tunable disorder
我们在实验上探索了一种基于超导芯片的量子超材料，该超导芯片具有25个频率可调的transmon量子比特，耦合到一个共面谐振器。集体亮模式和暗模式通过微波响应来探测，即，通过测量外部微波信号的传输幅度。所有量子位都有单独的控制和读出线。它们的频率可调谐性允许改变共振耦合量子比特的数量N，并且还可以在它们的激发频率中引入具有预先分配的分布的无序。随着N的增加，我们证明了预期的$N^{1/2}$标度律的能隙（拉比分裂）之间的明亮模式的腔频率。通过引入一个可控的混乱和平均的传输幅度超过了大量的实现，我们证明了一个衰减的介观波动，模仿接近热力学极限。当单个量子位耦合到腔的强度超过无序强度时，集体亮态在无序存在下存活。
2022-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Loss-induced quantum nonreciprocity and entanglement in superconducting qubits
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
提出利用损耗诱导的干涉效应，通过两个有损辅助腔连接远程超导transmon量子比特，实现非互易耦合和非互易纠缠，表明损耗可作为资源。
2026-05-12 quant-ph
Dynamically Tunable Anisotropic Rabi Model in Circuit QED
Kharazmi University（卡扎维米大学）；Iran University of Science and Technology（伊朗科技大学）
提出一种电路QED架构，通过可调耦合器实现各向异性Rabi模型从纯JC到纯AJC相互作用的原位动态调控，并展示其在量子测量和相干性方面的应用。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Faithful Simulation and Detection of Quantum Spin Hall Effect on Superconducting Circuits
量子物质的拓扑状态激发了迷人的物理发现和令人兴奋的应用机会。由于实际物质的结构及其相互作用的复杂性，对拓扑物质进行精确的量子模拟对于加深我们对这些态的理解是非常重要的。这一要求使得量子超导电路系统由于其灵活的可调谐性和良好的可控性而成为模仿拓扑材料的良好选择。作为一个典型的例子，我们实现了$\mathbb{Z}_2$型拓扑绝缘体的量子自旋霍尔效应状态，使用耦合系统的传输线谐振器和transmons。每个单胞的单激发本征态被用作赝自旋1/2系统。拓扑相变的边界在相图中是固定的。拓扑边缘状态，这可以通过检测在平面的边界处的人口进行实验验证。与以前的模拟相比，这个组成系统是相当可控的，稳定的和较少的限制。因此，我们的方案提供了一个可靠的平台，忠实的量子模拟的拓扑物质。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting Flux Memory for Cryogenic Applications
Northrop Grumman Systems Corporation（诺斯罗普·格鲁曼系统公司）
该研究研发了三种用于超导电路的低温超导磁通存储器，通过实验验证其可提供稳定磁通偏置、减少控制线数量，还实现了传输子量子比特的稳定偏置，为其应用奠定基础。
2026-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Frequency- and Amplitude-Modulated Gates for Universal Quantum Control
提出一种基于频率与幅度调制微波控制的量子门理论框架，利用Floquet理论设计固定频率量子比特上的通用门集，实现低于0.1%的控制误差和极短的门时间。
2025-11-05 cs.SY eess.SY quant-ph
A tunable Josephson platform to explore many-body quantum optics in circuit-QED
现在，将隔离的发射器耦合到电磁场的单一模式是常规实现的，并且很好地理解。目前的努力旨在探索耦合到几个电磁模式（EM）的发射器的相干动力学。自由最近，已经实现了到传输线的超强耦合，其中发射器谐振加宽到其频率的显著分数。在这项工作中，我们获得了显着改善控制这一制度。我们通过结合transmon量子比特的简单性和定制的EM环境与高密度的离散模式，托管在超导超材料内来实现这一点。这产生了一种独特的设备，其中可以直接监控量子位和多达10种环境模式之间的杂交。此外，量子位共振的频率和加宽可以在原位彼此独立地调谐。我们的实验表明，我们的设备结合了这种可调谐性与超强耦合和量子位非线性系统中的其他相关的能量尺度。我们还开发了一个定量的理论描述，不包含任何唯象参数，并准确地考虑到我们的大规模量子线路的真空涨落制度的超强耦合和中间非线性。这个新平台的演示与定量建模相结合，使实验研究量子光学中的多体效应的前景更加接近。当前设备的限制是量子位的中间非线性。进一步推动它将诱导充分发展的多体效应，如巨大的兰姆位移或多模光场的非经典态。观察这种效应将在量子光学和量子杂质物理学之间建立有趣的联系。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
