Rabi oscillations of two-photon states in nonlinear optical resonators
我们证明了在高质量的非线性谐振腔中的四波混频过程可以导致光子占据数和二阶关联函数的拉比振荡，这是光信号中纠缠光子对存在的一个特征。在由连续相干泵驱动的系统的情况下，振荡发生在瞬态区。我们表明，用脉冲相干泵浦驱动系统将产生强烈的反聚束光子态。
2016-02-29 quant-ph
Dielectric loss extraction for superconducting microwave resonators
介电材料和界面中的二能级损耗是超导量子线路材料研究的前沿。我们展示了一种方法的TLS损耗提取的薄膜介质通过测量集总元件谐振器制成的超导体-介质-超导体三层。我们提取的介电损耗，制定一个电路模型的集总元件谐振器与TLS损耗，然后拟合到这个模型使用测量从一组三个谐振器的设计：共面波导谐振器，集总元件谐振器与叉指电容器，和集总元件谐振器与平行板电容器，包括感兴趣的介电薄膜。与其他方法不同，这允许精确测量TLS损耗低于$10^{-6}$的材料。我们证明了这种方法，通过提取TLS损失的$1.02 \times 10^{-3}$溅射$\mathrm{Al_2O_3}$使用一组从$\mathrm{Al/Al_2O_3/Al}$三层制作的样品。我们观察到的差异11 $\%$之间的提取损失的三层与不实施这种方法。
2020-05-02 physics.app-ph quant-ph
Lumped-element two-section impedance-matched SNAIL parametric amplifier
本文提出一种集总元件双节阻抗匹配SNAIL参量放大器，采用双极点切比雪夫匹配网络，在磁通泵浦模式下实现了600MHz带宽内15dB平均增益、-107dBm饱和功率及量子极限噪声性能。
2024-10-23 quant-ph
Engineering Photon Delocalization in a Rabi Dimer with a Dissipative Bath
利用Rabi二聚体模拟了一个最近报道的由两个耦合传输线谐振器组成的电路量子电动力学系统，每个谐振器耦合到一个量子比特。在这项研究中，采用声子浴来模拟多模微机械谐振器，并耦合到拉比二聚体中的量子比特。利用Dirac-Frenkel含时变分原理结合Davydov D $_{2}$方法研究了该复合系统的动力学行为.最初，所有的光子都被泵入左谐振腔，两个量子比特处于与声子真空耦合的向下状态。在强量子位-光子耦合机制中，可以通过调节量子位-浴耦合强度$α$来设计光子动力学，并且通过增加$α$来实现光子离域。在没有耗散的情况下，光子局限于初始谐振腔中。然而，在适度的量子位浴耦合的情况下，光子在两个谐振器中长时间地随着光子布居的准平衡而离域。在这种情况下，高频浴模式通过与去极化量子位相互作用来激活。对于强耗散，光子离域是通过两个谐振器内的频繁光子跳跃来实现的，并且量子比特被抑制在它们的初始向下状态。
2018-11-27 quant-ph
Dissipative Rabi model in the dispersive regime
电路QED的色散区是当今基于超导量子比特的量子计算原型的主要主力。该模型的解析描述通常依赖于量子比特和谐振器之间相互作用的旋转波近似，使用Jaynes-Cummings模型作为色散变换的起点。在这里，我们提出的耗散拉比模型的色散制度的分析结果，而不采取旋转波近似的基础哈密顿量。使用最近开发的基于Keldysh轮廓上时间演化扩展的混合微扰理论[Phys. Rev. A 95，013847（2017）]，我们推导出所有实验相关动力学参数的简单解析表达式，如色散位移和谐振器诱导的Purcell衰减率，将我们的分析集中在通用的多能级量子位上。该解析方程易于处理，并在相应的极限下简化为已知的Jaynes-Cummings结果。然而，它们在中间和大失谐时表现出质的差异，从而可以更准确地模拟超导量子比特和谐振器之间的相互作用。在强共振驱动的限制下，我们的结果还预测了新类型的驱动诱导量子比特耗散和退相，这在以前的理论中是不存在的。
2020-07-06 quant-ph
Entanglement generation in the ultra-strongly coupled Rabi model
我们分析了两个量子比特通过一个共同的玻色子场模（谐振器）相互作用的量子拉比模型的动力学，重点是最大纠缠贝尔态的产生和检测。考虑到量子比特和谐振腔模式之间的超强耦合，我们得到了该系统在慢量子比特（或简并）状态下的幺正动力学的解析结果，其中旋转波近似不再适用。我们还数值研究了超越慢量子位条件的动力学，以研究在不太严格的条件下模型的有效性。
2014-10-23 quant-ph
Optimizing magnetic coupling in lumped element superconducting resonators for molecular spin qubits
Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza（阿拉贡纳米科学与材料研究所，西班牙国家研究委员会-萨拉戈萨大学）；Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)（天体生物学中心，西班牙国家研究委员会-航空航天技术研究所）；Vienna Center for Quantum Science and Technology, Atominstitut, TU Wien（维也纳量子科学与技术中心，原子研究所，维也纳工业大学）；Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC)（巴塞罗那材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）；Networking Research Center on Bioengineering Biomaterials and Nanomedicine (CIBER-BBN)（生物工程、生物材料和纳米医学网络研究中心）；Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), Universidad de Zaragoza（先进显微镜实验室，萨拉戈萨大学）
通过优化集总元件超导谐振器实现分子自旋量子比特的高磁耦合，达到单自旋100 kHz和集体10 MHz耦合，揭示了自旋-光子耦合机制及Purcell效应。
2026-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Controllable coupling between a nanomechanical resonator and a coplanar-waveguide resonator via a superconducting flux qubit
我们研究了由一个共面波导（CPW）谐振器和一个纳米机械谐振器（NAMR）组成的三重量子系统，其中通量量子比特与两个谐振器都有很大的失谐。通过幺正变换和二阶近似，我们得到了一个强的和可控的（即，磁场依赖）NAMR和CPW谐振器之间的有效耦合。由于强耦合，从共面波导谐振腔的电压涨落谱中可以观察到真空拉比分裂。我们进一步研究了单光子输运的性质，从反射率或等效的透射率推断。我们发现，反射率和相应的相移光谱都表现出由于真空拉比分裂的窄谱特征的双峰。通过调节外部磁场，反射率和相移可以分别从0变化到1和从$-π$变化到$π$。结果表明，这种混合量子系统可以作为量子路由器。
2015-09-22 quant-ph
Resonator-Assisted Quantum Bath Engineering of a Flux Qubit
我们展示了在微波共面波导谐振器辅助下制备任意轨道态的超导磁通量子比特的量子浴工程。研究了布洛赫球上任意方向旋转的偏振效率，并利用马尔可夫主方程的收敛条件得到了有效拉比频率。当微波谐振器的频谱与驱动器的特别定制的拉比和谐振频率相匹配时，可以在由谐振器光子损耗产生的耗散环境中有效地实现极化过程。我们的计算表明，对于实验上合理的样品参数，理论上可以达到99%以上的态制备纯度和微秒量级的所需时间。此外，我们的建议可以应用于其他具有基于自旋的量子位的系统。
2015-01-06 quant-ph
Transmission spectra of the driven, dissipative Rabi model in the USC regime
我们提出了一个强驱动，阻尼，磁通量子比特耦合到一个耗散共振器在超强耦合制度的理论透射谱。这样的量子位振荡器系统，在耗散拉比模型中描述，构成了超导电路QED平台的构建模块。强驱动器的增加允许人们表征系统特性并研究新现象，从而更好地理解和控制量子比特振荡器系统。在这项工作中，计算出的弱探测场的传输量化的量子比特的响应，在频域中，量子化的谐振器和强微波驱动的影响下。我们发现的纠缠驱动量子比特谐振器频谱的显着特点，即共振功能和避免交叉，修改的耗散环境的存在。这些特征的大小、位置和加宽由量子位振荡器失谐之间的相互作用、它们的耦合强度、驱动幅度以及与热浴的相互作用决定。这项工作为未来的实验奠定了理论基础，在驱动的超强耦合制度和他们的影响，开发新的量子技术与超导电路。
2021-10-16 quant-ph
Photon-assisted Landau Zener transitions in a tunable driven Rabi dimer coupled to a micromechanical resonator
该研究用多重 Davydov D$_2$ Ansatz 与含时变分原理分析耦合微机械谐振器的受激 Rabi 二聚体，阐明光子和声子对 LZ 跃迁及量子比特动力学的影响。
2023-07-20 physics.comp-ph quant-ph
Broken selection rule in the quantum Rabi model
理解光与物质之间的相互作用对于量子电动力学的基础研究和量子技术的发展非常重要。量子拉比模型捕捉了一个原子与一个光子在所有耦合强度下相互作用的物理过程。我们报告的共振跃迁，打破了量子拉比模型中的选择规则的光谱观察，实施使用$LC$谐振器和人造原子，超导量子比特。系统的本征态由具有相对符号的裸量子比特谐振器态的叠加组成。当量子比特-谐振器耦合强度与它们自己的频率相比可以忽略不计时，在存在谐振器驱动的情况下，不同符号的激发本征态之间的矩阵元素非常小，从而建立了符号保持选择规则。在这里，我们的量子位谐振器系统在超强耦合机制下运行，其中耦合强度为谐振器频率的10%，允许激活并检测到符号变化的跃迁。这项工作表明，符号变化的过渡是一个明确的，独特的签名系统中的量子拉比模型的超强耦合制度。这些结果为进一步研究多量子比特和多光子模型中的保号选择规则铺平了道路。
2016-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Fabrication and characterization of low-loss Al/Si/Al parallel plate capacitors for superconducting quantum information applications
本文提出并制备了基于铝接触结晶硅鳍片的 Al/Si/Al 平行板电容器，通过将其集成至集总元件谐振器和 transmon 量子比特中，实现了超 500k 的内部品质因数和超 25μs 的量子比特 T1 时间，为高密度超导电路提供了低损耗、紧凑的电容解决方案。
2024-08-23 quant-ph
Compact RF resonator for cryogenic ion traps
我们报告的调查和实施的集总元件，射频谐振器用于在低温真空环境中驱动离子阱。谐振器需要达到陷波所需的电压（约100 V），同时消耗尽可能少的功率（< 250 mW）。最终在5.7K下测得100的电压增益。单个钙离子被限制在由该装置驱动的陷阱中，提供了在低温下成功的谐振器操作的证明。
2012-04-29 physics.atom-ph quant-ph
Observation of Higher-Order Sideband Transitions and First-Order Sideband Rabi Oscillations in a Superconducting Flux Qubit Coupled to a SQUID Plasma Mode
我们报告的超导磁通量子比特的光谱测量和时域测量的结果。直流超导量子干涉仪（SQUID），用于读出的量子位，和一个并联电容器形成一个LC谐振器产生SQUID等离子体模式。在一个简单的测量方案中观察到更高阶的红色和蓝色边带，因为谐振器的谐振能量，600 MHz，与热能相当。我们还观察到载流子跃迁和一阶边带跃迁的拉比振荡。因为量子位耦合到dc SQUID的单臂，所以量子位-SQUID耦合在零偏置电流下是显著的，在零偏置电流下观察到这些现象。载波跃迁和边带跃迁的拉比周期之间的比率进行比较，从耦合常数，这是单独确定的估计。该结果可以通过假设谐振器的初始激励来解释。
2013-05-27 cond-mat.supr-con quant-ph
GHZ-like states in the Qubit-Qudit Rabi Model
研究了一个量子比特和一个d能级量子系统通过一个共腔耦合的Rabi型哈密顿系统。在弱耦合和强耦合的限制，通过适当的微扰方案的频谱进行了分析。分析表明，量子阱多能级的存在有效地增强了量子比特-量子阱相互作用。强耦合系统的基态为Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）型。因此，尽管量子比特-量子比特强耦合，GHZ态的特定三体纠缠的性质抑制了二体纠缠。我们分析了量子位-谐振器耦合和量子位-谐振器耦合的淬灭和绝热开关下的系统动力学。在猝灭的情况下，我们发现量子阱中的能级数目增强了谐振腔中光子的非绝热产生。绝热控制是制备GHZ态的一种可能途径。我们的分析为进一步研究量子比特-量子点系统中的相干态转移提供了相关信息。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Anisotropic rare-earth spin ensemble strongly coupled to a superconducting resonator
在混合量子体系结构中连接光子和固态量子比特为大规模分布式量子计算提供了一条有前途的途径。理想的候选者相干量子比特相互转换的光学活性自旋磁耦合到超导谐振器。我们报道了磁各向异性Er ~（3+）：Y_2SiO_5晶体的腔QED实验，并证明了稀土自旋与集总元件谐振器的强耦合。此外，铒自旋的电子自旋共振和弛豫动力学通过直接微波吸收检测，而无需腔的帮助。
2012-12-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Cavity driven Rabi oscillations between Rydberg states of atoms trapped on a superconducting atom chip
由冷原子和微波谐振器组成的混合量子系统可以实现原子自旋系统之间的腔介导的无限程相互作用，并实现用于微波到光学转换的原子量子存储器和换能器。为了实现原子与片上微波谐振器的强耦合，建议使用具有强电偶极跃迁的原子里德伯态。本文报道了在集成超导原子芯片上实现超冷原子里德堡跃迁与共面波导谐振腔微波场的相干耦合。我们观察并描述了腔驱动的原子里德堡态在非均匀电场中的拉比振荡。我们的研究证明了里德伯原子与超导电路相互作用的相干态操纵的可行性，但也揭示了挑战。
2021-05-11 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Convergence of the multimode quantum Rabi model of circuit quantum electrodynamics
电路量子电动力学（QED）研究人造原子、开放传输线和由超导电子学制造的电磁谐振器之间的相互作用。虽然人造原子耦合到谐振器的一个模式的理论得到了很好的研究，但考虑多个模式会导致分歧，这些分歧还没有得到很好的理解。在这里，我们介绍了一个耦合到约瑟夫森结原子的多模谐振腔的第一性原理模型。在没有任何截止的情况下研究模型，其中模式数$n$的耦合率为$\sqrt{n}$，$n$为$\infty$，我们发现，如兰姆位移的数量不发散，由于直接从电路分析中产生的裸原子参数的自然重新缩放。引入截止耦合从一个非零电容的约瑟夫森结，我们提供了一个物理解释的去耦电路分析的背景下，更高的模式。除了解释无截止量子拉比模型的收敛性外，我们的工作还为分析多模电路QED的超强耦合机制提供了一个有用的框架。
2017-06-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics Effects with Nitrogen Vacancy Center Spins in Diamond and Microwave Resonators at Room Temperature
在低温微波谐振腔中研究了金刚石中氮空位中心自旋的腔量子电动力学（C-QED）效应，如Rabi分裂、Rabi振荡和超辐射。在这篇文章中，我们探讨了在室温下实现强集体耦合的可能性以及由此产生的自旋系综C-QED效应。热环境对单个自旋的热激发导致具有低对称性和降低的集体自旋-微波场耦合的集体Dicke态的布居。然而，我们的模拟表明，热激发可以通过光学泵浦的自旋冷却补偿。由此产生的具有更高对称性的Dicke态的布居意味着与当前可用的高质量谐振器的强耦合，并且使室温下的C-QED效应在量子传感和量子信息处理中具有潜在的应用。
2021-10-21 physics.atom-ph quant-ph
Acoustic radiation from a superconducting qubit: From spontaneous emission to Rabi oscillations
声自发发射到体量子阱中可以是量子器件中退相干的强源，特别是当量子比特存在压电材料时。我们研究了压电薄膜与声学谐振器耦合的量子比特的动力学行为。通过改变谐振器的表面形貌，从粗糙到抛光到成形，我们探索了从激发量子比特的快速衰减到量子比特和孤立声子模式之间的量子相干耦合的交叉。我们的实验方法可用于晶体振动的精确测量，量子存储器的设计，以及对介电损耗的机电贡献的研究。
2022-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parametric coupling between macroscopic quantum resonators
宏观量子谐振器模式之间的时间相关线性耦合产生参量放大（也称为“压缩操作”）和分束器操作两者，类似于量子光学系统。这些操作，如果应用得当，可以鲁棒地产生纠缠和压缩的量子谐振腔模式。在这里，我们提出了这样的纳米机械谐振器和超导电谐振器之间的耦合方案，使用施加的微波电压，以及两个超导集总元件电谐振器之间使用射频。SQUID介导的可调谐耦合器。通过计算部分转置的密度矩阵的对数负性，我们定量地研究了有限温度下产生的纠缠。我们还表明，表征后的量子操作的纳米机械谐振器状态可以通过检测电谐振器实现。因此，电谐振器模式之一可以作为探针来测量耦合系统的纠缠度和另一谐振器模式的压缩程度。
2008-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnetization Noise Induced Collapse and Revival of Rabi Oscillations in circuit QED
我们使用一个准哈密顿形式来描述电路QED量子比特的耗散动力学，它是由几个起伏的两个能级系统的1/f噪声功率谱的影响。量子比特与谐振腔的相互作用由Jaynes Cummings模型描述。我们认为，在这样的量子比特谐振器系统中的纯退相噪声的存在下，也将通过波动偶极耦合项诱导能量弛豫机制。耦合的这种随机调制被认为导致丰富的物理行为。对于非马尔可夫噪声，耦合可以恶化或减轻退相干取决于初始条件。磁化噪声导致行为类似于拉比振荡的崩溃和复苏。对于广泛分布的噪声耦合，这些振荡的频率取决于平均噪声强度。我们半解析地描述了这种行为，并发现它是独立的波动的数量。这一现象可作为噪声特性的现场探测器。
2012-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low loss lumped-element inductors made from granular aluminum
本文利用颗粒铝的高动电感实现了比纯铝紧凑100倍的低损耗集总电感器，并展示其与Al或Ta混合集成后品质因数可达4.5×10^6，接近最先进量子电路水平。
2024-11-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Resilience of the quantum Rabi model in circuit QED
在电路量子电动力学（circuit quantum electrodynamics）中，一个人造的“电路原子”可以耦合到一个量子化的微波辐射，这个辐射比它的真实原子要强得多。著名的量子拉比模型描述了两能级系统与单模玻色子场的最简单的相互作用。当耦合足够大时，即使电路是强非谐的，电路原子的裸能级结构也不能忽略。我们探讨了这种情况下，从理论上通量（fluxonium）和电荷（库珀对盒）型多电平电路调谐到各自的通量/电荷简并点。我们确定了哪些光谱特征的量子拉比模型生存，哪些是重整化的大耦合。尽管在fluxonium的情况下，低能量谱的显着重整化，关键的量子拉比功能-近简并真空组成的原子状态纠缠的多光子场-出现在两种类型的电路时，耦合是足够大的。与量子拉比模型一样，对于非常大的耦合，纠缠谱仅由两个几乎相等的本征值支配，尽管原子-谐振腔基态实际上涉及大量的裸原子态。我们解释出现的两个电路的真空的双重简并作为环境抑制的磁通量/电荷隧穿，由于他们的服装虚拟低/高阻抗光子在谐振器中。对于磁通隧穿，修整只是约瑟夫森原子与谐振腔的大电容的分流。电荷隧穿的抑制是连接到电阻引线的隧道结中传输的动态库仑阻塞的表现。
2017-06-19 cond-mat.other quant-ph
Two-photon quantum Rabi model with superconducting circuits
我们提出了一个超导电路来实现一个双光子量子拉比模型的固态器件，其中一个量子比特和一个谐振器通过双光子相互作用耦合。我们分析了这种电路在强耦合状态下的输入输出关系，发现基本的量子光学现象被定性地改变了。例如，双光子相互作用示出产生单或双光子封锁时，泵浦场被施加到腔模式或量子位，分别。此外，我们推导了色散区中微扰超强双光子耦合的有效哈密顿量，其中双光子相互作用引入了依赖于量子比特态的克尔项。最后，我们分析了多量子比特双光子Rabi模型的光谱坍缩，发现临界耦合随量子比特数的变化存在一个标度。使用所提出的电路的实际参数，三个量子位足以达到崩溃点。
2017-12-08 quant-ph
Simple protocol for generating W states in resonator-based quantum computing architectures
我们描述了一个简单，实用的方案，用于产生多量子位W态的谐振器为基础的架构，其中N约瑟夫森相位量子位电容耦合到一个共同的谐振器总线。整个控制序列由三个脉冲组成：激发电路中单个量子位的局部拉比脉冲;将量子位激发传输到谐振器总线的耦合脉冲;以及同时将总线耦合到所有N个量子位的主要纠缠操作。如果量子比特-谐振器耦合强度g远小于量子比特能量分裂，则最初被激发到近简并单激发子空间中的系统保持在该子空间内，同时平滑地朝着完全均匀的W态叠加发展。发现最终纠缠操作的持续时间根据t = pi/[2gN^（1/2）]随着量子比特总数的增加而减少，这与之前提出的一些腔QED W态生成方案一致。
2012-03-25 quant-ph
Compact superconducting microwave resonators based on Al-AlOx-Al capacitor
本文提出基于Al/AlOx/Al电容的集总元件谐振器，尺寸仅0.04mm²，比共面谐振器小一个数量级，制造兼容现有工艺，测得电容14fF/μm²、单光子品质因数10³-8×10³，可用于量子比特读出及新型量子比特。
2023-05-12 quant-ph
Simulating the Quantum Rabi Model in Superconducting Qubits at Deep Strong Coupling
本文提出利用超导电路中的数字量子模拟技术，通过增加Trotterization步数分解复杂哈密顿量，在cQED中实现超强耦合，展示数字方法的通用性与高保真度，并通过相干测量克服硬件限制。
2024-02-19 quant-ph
Strong coupling cavity QED using rare-earth-ion dopants in monolithic resonators: what you can do with a weak oscillator
研究了在单片光学谐振腔中利用稀土离子作为杂质实现腔量子电动力学强耦合的可能性。我们的结论是，由于稀土的振子强度弱，它可能是可能的，但很难达到的制度，其中单光子拉比频率是大的腔和原子的衰变率相比。然而，达到饱和光子数和原子数小于1的状态应该更容易实现。我们表明，在这个“坏腔”制度，转移的量子态和光学相移的条件下的原子的状态仍然是可能的，并提出了一种方法用于相干检测单掺杂剂。
2009-11-30 quant-ph
Coupling of a locally implanted rare-earth ion ensemble to a superconducting micro-resonator
我们演示了局部注入到衬底中的稀土离子（Gd $^{3+}$ in Al $_{2}$ O $_{3}$）与超导NbN集总元件微谐振器的耦合。该混合装置是通过控制离子注入稀土离子在明确定义的微米尺寸的区域，对准光刻定义的微谐振器。该技术不会降低保持在$10^{5}$以上的谐振器的内部品质因数。使用微波吸收光谱，我们观察到电子自旋共振与数值模拟的良好协议，并提取相应的耦合率的顺序的$1$ MHz和自旋线宽的$50 - 65$ MHz。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating Anisotropic quantum Rabi model via frequency modulation
各向异性量子Rabi模型是量子Rabi模型的推广，它允许其旋转项和反旋转项具有两个不同的耦合常数。它为我们理解量子光学、固体物理和介观物理的各种物理特性提供了一个基本模型。本文提出了一种在电路量子电动力学系统中通过周期频率调制实现各向异性量子Rabi模型的实验可行方案。由两个周期性驱动场调制的量子比特-谐振腔耦合系统可以导出描述可调谐各向异性量子拉比模型的有效哈密顿量。通过调节驱动场的初始相位、频率和幅值，可以调节模拟系统的所有有效参数。研究表明，周期驱动能够将色散区的耦合系统驱动到超强耦合区，甚至是深强耦合区。导出的有效哈密顿量使我们能够得到纯旋转项和反旋转项。数值模拟表明，这种有效哈密顿量在超强耦合区和强耦合区都是有效的。此外，我们的方案可以推广到多量子比特的情况。我们也给出了模拟系统在薛定谔猫态和量子门推广中的应用。该方案将为进一步研究耦合强度远离量子光学中的超强耦合和深强耦合区的各向异性更强的Rabi模型铺平道路。
2019-03-15 quant-ph
Probing the symmetry breaking of a light--matter system by an ancillary qubit
该研究利用辅助Xmon人工原子，实验观测到深强耦合的磁通量子比特-超导谐振器系统的真空场引发的宇称对称性破缺，为探索深强耦合区的新型量子真空效应提供了新途径。
2023-07-21 quant-ph
Multi-qubit Quantum Rabi Model and Multi-partite Entangled States in a Circuit QED System
多量子比特量子Rabi模型是描述光与物质相互作用的基本模型，在各种物理系统中起着重要的作用。本文提出了一种在电路量子电动力学系统中模拟多量子比特量子拉比模型的理论方法。通过外加横向和纵向驱动场，导出了描述多比特量子Rabi模型的有效哈密顿量。共振器的有效频率和量子比特的有效分裂取决于外部驱动场。通过调节驱动场的频率和振幅，可以达到更强的耦合区。数值模拟表明，我们的建议在很宽的参数空间工作。此外，我们的方案可以用来产生两个量子比特的门，薛定谔态，和多量子比特的GHZ态。薛定谔猫态的最大位移可以通过增加量子位数和相对耦合强度来增强。值得一提的是，我们可以在系统耗散的情况下获得高保真的薛定谔猫态和多量子比特GHZ态。这一结果为研究远强耦合区的强耦合区提供了一条新的途径。
2019-02-26 quant-ph
Protection layers on a superconducting microwave resonator toward a hybrid quantum system
提出了一种超导微波谐振腔的保护方案，实现了一个混合量子系统，其中冷中性原子通过磁偶极子相互作用与单个微波光子在界面电感器上耦合。倏逝场原子阱（如波导/光子晶体原子阱）带来表面散射光子和吸收诱导的宽带黑体辐射，这导致准粒子和谐振腔处的低品质因数。所提出的多频带保护层由成对的两个介电层和界面电感器上方的薄纳米网格导电介电层组成。我们展示了数值模拟的品质因数和反射/吸收光谱，表明所提出的多层结构可以保护集总元件微波谐振器从光学光子和黑体辐射，同时保持一个合理的高品质因数。
2015-10-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Highly Controllable Qubit-Bath Coupling Based on a Sequence of Resonators
对抗噪声的有害影响仍然是实现可扩展量子计算机的主要挑战。为了帮助解决这一挑战，我们介绍了一个模型，实现了一个可控的量子位浴耦合使用一系列的LC谐振器。该模型建立了一个强耦合的低温环境，使我们能够降低有效的量子位温度，使基态初始化更有效。其工作原理类似于最近提出的共面波导腔（CPW）系统，我们的工作为此引入了一种互补且方便的实验实现。这里使用的集总元件模型提供了一个容易获得的理论描述。我们提出了一些实验可行的参数制度的解析解，并研究了控制机制。最后，我们介绍了我们的模型和最近的CPW系统之间的映射。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
A unified diagrammatic approach to quantum transport in few-level junctions for bosonic and fermionic reservoirs: Application to the quantum Rabi model
本研究提出一种基于Nakajima-Zwanzig方法的开放量子系统输运统一图解框架，推导多能级结玻色输运四阶解析近似，并应用于量子Rabi模型，揭示准简并谱下稳态相干性抑制热导的新效应。
2024-06-10 quant-ph
High Impedance Josephson Junction Resonators in the Transmission Line Geometry
本文实验研究了嵌入传输线几何结构中的约瑟夫森结微波谐振器，发现高耦合电容使其表现为集总元件谐振器，并推导出输入输出耦合的最大值公式。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable coupling of a quantum phononic resonator to a transmon qubit with flip-chip architecture
本文利用倒装芯片技术实现了表面声波谐振器与transmon量子比特之间的强可调耦合，并展示了声子引起的交流斯塔克位移，为量子声学和混合系统研究提供了实验平台。
2024-04-29 quant-ph
Strong Coupling of a Spin Ensemble to a Superconducting Resonator
我们报道了一个量子线路的实现，其中电子自旋系综耦合到一个频率可调的超导谐振器。自旋是金刚石晶体中的氮空位中心。强耦合的实现表现为当其频率通过NV中心电子自旋共振调谐时，谐振器的透射光谱中出现真空拉比分裂。
2010-09-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Creating Tuneable Microwave Media from a Two-Dimensional Lattice of Re-entrant Posts
基于凹柱二维阵列的谐振器的潜在能力被证明。这样的柱可以被认为是磁耦合集总元件微波谐振器，布置在2D晶格结构中，其被封闭在3D腔中。通过安排这些元素在某些二维图案，我们演示了如何实现一定的要求，相对于现场定位和设备光谱。特别注意的是对称性的晶格，机械调谐，设计领域的高度本地化的磁能，这反过来又创造了独特的离散模式光谱。我们展示了在所提出的平台上设计的系统与众所周知的物理现象之间的类比，如极化，挫折和回音壁模式。分析了多柱腔的机械可调谐性，并计算了其对光机械应用的影响。量子存储器的一个特殊应用是由类似于离散法布里-珀罗谐振器的独立谐振器组成的腔体设计。最后，我们提出了一个通用的方法，微波系统设计的概念的基础上，可编程腔阵列。
2015-11-20 quant-ph
Rabi model as a quantum coherent heat engine: From quantum biology to superconducting circuits
本文提出了一种多能级量子热机，其工作介质由广义拉比模型描述，该模型由一个耦合到单模玻色场的两能级系统组成。该模型被构造为是一个连续极限的量子生物学描述的光捕获复合物，使它可以放大量子相干性的机制，这是一个量子模拟的经典惠更斯的时钟。在四冲程循环的等容过程中，工质与经典热浴耦合，在绝热过程中改变耦合强度或共振频率。我们发现，这样的发动机可以产生的工作效率接近卡诺约束时，它在低温和超强耦合制度。从二阶相干性、量子互信息和纠缠的对数负性等方面讨论了量子相干性和量子关联对发动机性能的影响。我们指出，拟议的量子奥托引擎可以实现实验与现代电路量子电动力学系统，磁通量子比特可以超强耦合到超导传输线谐振器。
2015-02-18 quant-ph
Approaching ultra-strong coupling in Transmon circuit-QED using a high-impedance resonator
在这个实验中，我们将超导量子比特耦合到高阻抗$645\ Ω$微波谐振器中。这样做会导致大的量子位-谐振器耦合率$g$，通过$2g\simeq 910$ MHz的大真空拉比分裂测量。耦合是量子位和谐振器振荡频率$ω$的重要部分，使我们的系统接近于超强耦合状态（$\bar{g}=g/ω=0.071$处于谐振状态）。将这种设置与真空间隙量子结构相结合，显示了深入到具有量子比特的超强耦合$\bar{g} \sim 0.45$的潜力。
2017-04-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gauge Principle and Gauge Invariance in Quantum Two-Level Systems
量子拉比模型是描述二能级系统与电磁谐振腔量子化单模之间耦合的一种普遍方法。这个模型的规范不变性的问题已经提出。当光-物质相互作用达到所谓的超强耦合状态时，这些问题变得明显。最近，引入了一种改进的量子拉比模型，能够在任何相互作用机制中提供规范不变的物理结果[Nature Physics 15，803（2019）]。在这里，我们提供了一个替代的推导这个结果的基础上实施的规范原理，这是原则，从其中所有的基本相互作用在量子场论的两态系统。所采用的方法可以看作是在格点规范理论中实现规范原理的一般方法的双位版本。应用这种方法，我们还得到了非对称二态系统的规范不变量子Rabi模型，以及超越偶极近似的多模规范不变量子Rabi模型。
2020-06-11 quant-ph
Quantum versus Classical Regime in Circuit Quantum Acoustodynamics
实验研究了一个由超导人工原子耦合到二维声表面波谐振器和一维微波传输线的电路量子声动力学系统。在稀释制冷机底温下观察到的真空拉比劈裂证实了人工原子与声波谐振腔之间的强耦合。我们证明了微波光子在微波传输线中的传播可以由声波谐振腔中的少数声子控制。此外，我们还证明了温度对拉比分裂和温度诱导高激发修饰态跃迁测量的影响。研究发现，随着环境温度的升高，原子的Rabi分裂由双峰结构转变为多峰结构，并逐渐消失，$T$ .量子到经典的转变被观察到的交叉温度$T_{c}$，这是通过热涨落能量$k_{B}T$和耦合系统的特征能级间距确定。在不同的有效温度下，实验结果与通过耦合系统的主方程进行的理论模拟吻合良好。
2021-01-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrastrong Coupling of a Qubit with a Nonlinear Optical Resonator
研究了单模非线性电磁谐振腔与二能级原子的相互作用，考虑了耦合强度从零到所谓的深强耦合范围。当量子比特-谐振器耦合非常强时，谐振器的标准克尔模型变得可疑。此外，最近的研究表明，在物质系统的希尔伯特空间截断近似的情况下，构建规范无关理论时需要格外小心。这种截断会破坏规范不变性，导致非物理结果，特别是当光-物质相互作用强度非常高时。在这里，我们面对和解决这个问题，以提供一个一致的非线性谐振腔量子拉比模型满足规范原理。
2022-07-19 cond-mat.other quant-ph
Gauge Principle and Gauge Invariance in Two-Level Systems
量子拉比模型是一种广泛应用的描述二能级系统与电磁谐振器的量子化单模之间耦合的模型。这个模型的规范不变性的问题已经提出。当光-物质相互作用达到所谓的超强耦合状态时，这些问题变得明显。最近，一种改进的量子拉比模型能够提供规范不变的物理结果（例如，能级、可观测量的期望值、量子概率）[Nature Physics 15，803（2019）]。在这里，我们提供了一个替代的推导这个结果的基础上实施的规范原理，这是原则，从其中所有的基本相互作用在量子场论的两态系统。所采用的方法可以看作是在格点规范理论中实现规范原理的一般方法的双位版本。应用这种方法，我们还得到了非对称二态系统的规范不变量子Rabi模型，以及超越偶极近似的多模规范不变量子Rabi模型。
2020-11-02 quant-ph
Characterization of low-temperature microwave loss of thin aluminum oxide formed by plasma oxidation
我们报告的表征薄氧化铝薄膜在低温下使用超导集总谐振器的微波损耗。氧化物膜使用铝的等离子体氧化来制造，并且具有5nm的厚度。我们测量的介电损耗与微波功率的谐振器的频率在GHz范围内的温度从54到303 mK。损耗随功率和温度的变化符合隧穿二能级系统理论。这些结果对于理解超导量子器件中的退相干是有意义的。所获得的氧化物膜是薄的和坚固的，使它们适合于紧凑的微波谐振器中的电容器。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nonlinear microwave photon-occupancy of a driven resonator strongly coupled to a transmon qubit
我们在20 $\,$ mK下测量了薄膜超导集总元件谐振器中与transmon量子位耦合的光子占有率，并发现了对所施加的微波功率的非线性依赖性。transmon谐振器系统在强色散区中操作，其中由于谐振器中存在的单个微波光子引起的交流斯塔克位移（$2χ$）大于量子位跃迁的线宽（$Γ$）。当谐振器在$5.474325\,$ GHz相干驱动时，transmon在$4.982\,$ GHz的跃迁光谱显示出分辨良好的峰，每个峰对应于谐振器的单个光子数状态。由相对峰高，我们得到光子态的占有率和谐振腔的平均光子占有率$\bar{n}$。我们观察到的非线性变化的$\bar{n}$与所施加的驱动功率$P_{rf}$为$\bar{n} < 5$和比较我们的结果的数值模拟的系统浴主方程在稳态下，以及一个半经典模型的谐振器，其中包括Jaynes-Cummings之间的transmon和谐振器。我们发现使用这两个模型和分析表明，非线性行为主要是由于量子比特诱导的Jaynes-Cummings非线性引起的谐振频率的变化，良好的定量协议。
2015-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Possible hundredfold enhancement in the direct magnetic coupling of a single atomic spin to a circuit resonator
我们报告的挑战和限制直接耦合的磁场从电路谐振器的电子自旋绑定到施主电位。我们提出了一种由三层集总元件超导谐振器和注入富集$^{28}$ Si中的单个施主组成的器件。谐振器阻抗明显小于使用普遍的共面谐振器实际可实现的极限。此外，谐振器包括纳米级螺旋电感器，以将来自光子的磁场空间聚焦在注入施主的位置处。与共面传输线谐振器的磁场的估计耦合率相比，该设计保证了局部磁场的大约两个数量级的增加，从而保证了自旋到光子的耦合率$g$的增加。我们表明，通过使用铌（铝）作为谐振腔的超导体和一个单一的磷（铋）原子作为施主，$g/2π$ =0.24 MHz（0.39 MHz）的耦合率可以实现在单光子制度。对于这种混合腔量子电动力学系统，$g$中的这种增强足以进入强耦合区。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Investigating the performance of RPM JTWPAs by optimizing LC-resonator elements
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（先进产业科学技术研究所）；Global Research and Development Center for Business by Quantum-AI technology (G-QuAT)（量子AI技术商业全球研发中心）
本文通过参数化谐振器元件的数值优化，研究RPM JTWPAs的增益、带宽和四阶压缩能力，发现优化谐振器可提升增益和压缩量，但实际损耗会限制增益并降低压缩性能。
2026-05-13 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Superconducting Parametric Amplifiers: Resonator Design and Role in Qubit Readout
本文探讨了超导参数放大器的谐振器设计及其在量子比特读取中的作用，通过非线性混合实现接近量子极限的低噪声放大性能。
2025-12-03 quant-ph
Compact inductor-capacitor resonators at sub-gigahertz frequencies
本文提出了一种用于共面电感-电容（LC）谐振器的简单解析模型，可直接从几何结构获取电学性质，实验证明其在亚吉赫兹频段预测谐振频率偏差小于2%，为集成大规模微波谐振器和超灵敏探测器提供了可行途径。
2023-04-25 physics.app-ph quant-ph
Coupling Rydberg atoms to microwave fields in a superconducting coplanar waveguide resonator
在超导共面波导谐振腔中实现了超声脉冲束中里德堡氦原子与微波场的耦合。通过双色双光子激光从亚稳态1 s2 s $^3$ S $_1$能级激发，在1 s55 s $^3$ S $_1$里德堡能级上制备原子。在四分之一波长共面波导谐振器中，利用19.556 GHz三次谐波微波场驱动1 s55 s $^3$ S $_1$和1 s56 s $^3$ S $_1$能级之间的双光子微波跃迁.这种超导微波谐振器是由硅衬底上的氮化铌制成的，工作温度在3.65 - 4.30 K之间。实验中里德伯能级的布居由选态脉冲电场电离确定。通过拉比振荡的时域测量研究了原子-谐振腔耦合的相干性。
2020-09-18 physics.atom-ph quant-ph
