Longitudinal coupling between electrically driven spin-qubits and a resonator
该研究利用 Floquet 理论分析零磁场下电驱动量子点自旋量子比特与微波谐振器的耦合，发现可通过驱动频率选择横向或纵向耦合，并揭示其非阿贝尔几何起源。
2024-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling the Characteristics of Nanomechanical Resonators
研究了由低频和高频信号驱动的纳米机械谐振器的动力学。考虑到，作为一个例子，共振器制成的双箝位梁与磁动驱动，它示出了三个频率的谐振出现由于上述频率的相互作用。这些谐振的性质和特性的线性和非线性模式的谐振器激励的分析确定。结果表明，在相反的传统的双频谐振，这些谐振的中心频率，它们的线性动态范围，和双稳态开始的临界值很容易通过改变低频驱动电流的频率和幅度来控制。所获得的结果可用于开发传感器、滤波器、存储元件和其他应用的NMR。
2016-03-05 cond-mat.mes-hall
Longitudinal (curvature) couplings of an $N$-level qudit to a superconducting resonator at the adiabatic limit and beyond
本文推导一般色散区中 qudit 与超导谐振器的纵向多能级耦合 Hamilton 量，揭示其由能级曲率决定的绝热极限到共振增强色散值的平滑过渡，并展示其在近量子极限 QND 测量和远程几何相位门中的应用。
2023-12-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Modulated longitudinal gates on encoded spin-qubits via curvature couplings to a superconducting cavity
我们提出了基于编码自旋量子比特到超导腔的能量曲率耦合的纠缠操作，探索了量子比特对栅极电压变化的非线性响应。对于两个量子位（$n$ -量子位）纠缠门，我们探索通过时间调制纵向$σ_z$耦合获得的几何相位，即使当量子位和腔远失谐时，也提供10 ns的门时间。不需要偶极矩：在感兴趣的编码自旋量子位（三重量子点仅三电子交换量子位或双量子点单线态-三线态量子位）的全最佳点处，与谐振器的量子位横向$σ_x$耦合为零。例如，这种方法允许始终开启的仅交换量子位在栅极操作期间保持在其“甜蜜点”上，从而最小化电荷噪声并消除始终开启的静态纵向量子位-量子位耦合。我们计算了由于（1）扩散（约翰逊）噪声和（2）谐振器阻尼引起的主要门误差，（3）$1/f$ -电荷噪声量子比特门退相和纵向耦合上的$1/f$ -噪声，（4）量子比特退相和通过谐振器中光子涨落引起的ac-斯塔克频率偏移，以及（5）自旋相关的谐振器频率偏移（经由“类色散”静态曲率耦合），它们中的大多数与非零量子位能量曲率（量子电容）相关联。在最佳状态下使用自旋回波类误差抑制，$10^{-2}-10^{-3}$的门不稳定性可以用实验上现有的参数来实现。所提出的方案似乎适合于两个自旋量子比特或一群自旋量子比特的远程自旋-自旋纠缠：这是量子计算的重要资源。
2020-10-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlling photothermal forces and backaction in nano-optomechanical resonators through strain engineering
Center for Nanophotonics, AMOLF（AMOLF光子学中心）；Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer（雷纳托·阿切尔信息技术中心）
通过纳米尺度结构设计，实现对纳米光学机械谐振器中光热力和辐射压力力的精确控制，以优化系统性能。
2025-12-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Measuring and controlling radio-frequency quanta with superconducting circuits
在这篇博士论文中，我们将介绍实现一个射频电路量子电动力学系统（RFcQED）的理论和实验工作。在第二章中，我们详细推导了Rabi模型下电路QED的哈密顿量，并给出了交叉克尔相互作用的表达式。讨论了RFcQED对耦合率的要求，其中之一是与典型的电路QED器件相比，需要显著提高耦合率。在第三章中，我们介绍了两种增加电路QED系统中耦合的实验方法，一种是利用高阻抗谐振器，另一种是利用大耦合电容。在第四章中，我们结合这两种方法来实现RFcQED。通过强色散耦合，我们可以在兆赫谐振器中测量单个光子，通过将谐振器冷却到基态或制备Fock态来演示量子控制，并最终以纳秒分辨率观察这些状态的再热化。在第五章中，我们介绍了Python中的QuCAT或量子线路分析工具，这是一个可以用于电路QED系统设计的软件包，例如本文中介绍的电路QED系统。在第6章中，我们讨论了广义相对论和量子力学之间的某些相互作用是如何不能用我们现有的物理定律来描述的。特别是，我们展示了如何射频机械振荡器是完美的候选人，在这个制度进行实验。在第七章中，我们展望了这种机械振子与弱非谐超导电路（如transmon量子比特或RFcQED系统）的耦合。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling Two Spin Qubits with a High-Impedance Resonator
快速、高保真的单量子位和双量子位门对于构建可行的量子信息处理器至关重要，但在同一系统中实现这两种门对于自旋量子位来说具有挑战性。我们提出并分析了一种在两个单重态-三重态量子比特之间使用电磁谐振器来调解它们的相互作用的长距离双量子比特控制相位（CPHASE）门的方法。量子位纵向耦合到谐振器，并且通过在谐振器的频率附近驱动量子位，可以使它们获得状态相关的几何相位，这导致独立于谐振器的初始状态的CPHASE门。使用高阻抗谐振器能够实现10 ns量级的选通时间，同时保持长的相干时间。模拟结果显示，使用目前可实现的实验参数和超过99%的使用国家的最先进的谐振器技术的平均栅极结晶度超过96%。在根据可现场调谐的参数优化门保真度之后，我们发现它在谐振器的阻抗和质量以及量子比特的噪声浴方面具有简单的幂律形式。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlinear nanomechanical resonators for quantum optoelectromechanics
我们提出了一个方案，调谐和控制纳米机械谐振器，使它们受到静电梯度场，附近的尖端电极提供。我们表明，这种方法可以访问一个新的制度的光学力学，其中可以探索的纳米谐振器的固有非线性。在这种情况下，耦合到纳米谐振器的一个或多个激光驱动腔模式和适当调节的梯度场允许在单个声子水平控制纳米谐振器的运动状态。该平台的一些应用先前已经被提出[New J. Phys. 14，023042（2012），Phys.Rev.Lett. 110，120503（2013）]。在这里，我们提供了相应的设置及其光机耦合机制的详细描述，连同深入分析的阻尼或退相干的可能来源和讨论的nanoresonator状态的读出。
2013-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong coupling of spin qubits to a transmission line resonator
提出了一种将双量子点中形成的自旋量子比特耦合到超导传输线谐振器中的机制。将共振器耦合到控制点间隧穿的栅极，产生了强度为数十MHz的强自旋量子比特-共振器相互作用。该机制允许在退相最小化的简并点处操作系统。传输线可以作为穿梭机，允许两个量子比特的操作，包括快速生成量子比特-量子比特纠缠和实现受控相位门。
2012-05-14 cond-mat.mes-hall
Prospects of cooling a mechanical resonator with a transmon qubit in c-QED setup
基于超导量子比特的混合器件已经成为控制宏观谐振器量子态的一个有前途的平台。量子比特所增加的非线性可以是这种控制的宝贵资源。在这里，我们研究一个混合系统组成的机械谐振器纵向耦合到transmon量子比特。量子位读出可以通过耦合到读出模式来完成，如在c-QED设置中。机械谐振器和transmon量子比特之间的耦合可以通过调制SQUID电感来实现。在这样一个三方系统中，我们分析了所有三个模式分散耦合时的机械模式的稳态占领。我们使用量子噪声和Lindblad形式主义表明，边带冷却的机械模式到其基态是可以实现的。我们进一步实验证明，热机械运动的测量是可能的色散极限，同时保持量子比特和机械模式之间的大耦合。我们的理论计算表明，单光子强耦合是在实验范围内，在这样的混合设备。
2022-05-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Magnon Kerr Effect in a Magnetic Thin Film Strongly Coupled to a Microwave Resonator
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Kyoto University（京都大学）；CNRS, Université de Bretagne Occidentale（法国国家科学研究中心，布列塔尼西部大学）；University of Konstanz（康斯坦茨大学）；Université Grenoble Alpes, CNRS, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，内埃尔研究所）
本研究展示了一个由磁铁氧化物薄膜与微波谐振腔强耦合的各向异性磁子系统中磁子凯尔效应的增强与可调性。
2026-10-15 cond-mat.mes-hall
Creation of a squeezed photon distribution using artificial atoms with broken inversion symmetry
我们考虑一个两能级系统，它与谐振腔的电磁场既有横向耦合又有纵向耦合。使用极化子变换，该哈密顿量可以映射到Jaynes-Cummings哈密顿量，广义场算子作用于谐振器中的电磁场。与通常的阶梯算子$a$和$a^\dagger$相反，这些算子相对于谐振器中的光子数$n$表现出非单调的耦合强度。特别是在一定的光子数$n_0$下，量子比特与谐振腔之间的耦合存在根源。我们表明，这种效应可以利用产生光子数压缩光，其特征在于Fano因子$F \ll 1$，具有大量的光子（例如，$10^4$的顺序）。
2015-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable phonon blockade in weakly nonlinear coupled mechanical resonators via Coulomb interaction
在微纳机械谐振器中实现量子力学行为吸引了持续的研究努力。观察力学物体量子性质的方法之一是通过声子阻塞机制。在这里，我们表明，声子封锁可以实现在两个弱非线性机械谐振器耦合的库仑相互作用的系统。最佳的封锁出现作为导致双声子激发的路径之间的破坏性量子干涉的结果。观察到，与施加在一个机械谐振器上的单个驱动相比，驱动两个谐振器在许多方面可以是有益的;例如，就声子阻断的温度灵敏度而言，以及就可调谐性而言，通过外部地控制第二驱动的振幅和相位。我们还表明，通过辐射压力引起的耦合在光机械腔，声子相关性可以间接测量的腔模式的光子相关性。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-laser feedback cooling of optomechanical resonators
基于测量的控制已经成为制备纯量子态机械谐振器的重要技术，用于量子信息处理和量子传感。传统上，这需要两个单独的通道，一个用于探测运动，另一个作用于谐振器。在这项工作中，我们分析和实验证明了单激光反馈冷却技术，其中一个激光器用于探测和控制机械运动。我们使用的分析模型和实验表明，反馈冷却是可行的，在这种模式下，只要满足一定的稳定性要求。我们的研究结果表明，除了更实验上可行的建设，单激光反馈的干涉效应，实际上可以用来增强冷却在某些参数制度。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fully tunable longitudinal spin-photon interactions in Si and Ge quantum dots
硅和锗量子点中的自旋量子位是量子计算的有前途的平台，但是在微米距离上纠缠自旋量子位仍然是一个关键的挑战。目前的原型架构最大限度地提高了量子比特和微波谐振器之间的横向相互作用，其中自旋状态被近共振光子翻转。然而，这些相互作用会导致量子位的反作用，产生不可避免的残余量子位-量子位耦合，并显着影响栅极保真度。引人注目的是，当自旋光子相互作用是纵向的，光子耦合到量子位的相位时，剩余耦合消失了。我们表明，大的纵向相互作用自然出现在国家的最先进的空穴自旋量子比特。这些相互作用是完全可调的，并且可以通过外部振荡电场进行参数调制。我们提出了现实的协议来测量这些相互作用，并实现快速和高保真的两量子比特纠缠门。这些协议也能在高温下工作，为实现大规模量子处理器铺平了道路。
2022-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ground state cooling of nanomechanical resonators by electron transport
我们讨论了两个理论上的建议，控制非平衡稳态的纳米机械谐振器使用量子电子输运。具体点？我们分析了实现耦合到嵌入在（i）自旋极化接触或（ii）正常金属和超导接触之间的量子点的机械振动的基态冷却的两种方法。假设振动模式和量子点中的电子的电荷或自旋之间存在合适的耦合，我们表明，机械振荡器的基态冷却是在作为机电设备操作的悬浮碳纳米管量子点的现有技术范围内。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall
All-microwave Lamb shift engineering for a fixed frequency multi-level superconducting qubit
针对固定频率 transmon 的 Lamb 位移调控难题，本文提出利用近谐振器失谐单色驱动诱导纵向耦合的全微波方法，实现最高 30 MHz 调控并将净位移置零。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Waves and Spin Currents in Magnon-Phonon Composite Resonator Induced by Acoustic Waves of Various Polarizations
该研究针对ZnO-YIG-GGG-YIG/Pt结构多频复合体声波谐振器，通过实验探究不同极化声波激发的自旋波与自旋流，明确了线性与参量区间下不同极化模式的激发差异及耦合机制。
2024-03-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The role of excitation vector fields and all-polarisation state control of cavity magnonics
本文提出激发矢量场作为可调实验旋钮，结合理论模型实现腔磁子学中任意偏振态与场轮廓的精确控制，为自旋-光子相互作用及混合系统信息交换提供新途径。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tunable hole spin-photon interaction based on g-matrix modulation
我们考虑了一个自旋电路QED器件，其中超导微波谐振器与半导体量子点中的单个空穴电容耦合。由于价带态固有的强自旋轨道耦合，空穴的旋磁g矩阵可以被电调制。这种调制将谐振器中的光子耦合到空穴自旋。我们表明，所施加的栅极电压和磁场的方向，使一个通用的控制的自旋光子相互作用，其字符可以从完全横向切换到完全纵向。当横向耦合消失时，纵向耦合实际上是最大的，反之亦然。这种“相互甜度”是由g-矩阵的几何性质引起的，并保护自旋不受失相或弛豫的影响。我们估计耦合率达到~ 10 MHz在现实的设置和讨论潜在的电路QED应用利用横向或纵向自旋光子相互作用。此外，我们证明了g-矩阵曲率可以用来实现增强相干性的参量纵向耦合。
2023-01-31 cond-mat.mes-hall
Strong indirect coupling between graphene-based mechanical resonators via a phonon cavity
机械谐振器是存储和处理信息的有前途的系统。为了在机械模式之间传递信息，需要这些模式之间的直接耦合或接口。在以前的工作中，在一个单一的机械谐振器和相邻的机械谐振器之间的直接相互作用的不同模式之间的强耦合已被证明。然而，远距离的机械谐振器之间的耦合，这是一个至关重要的要求，长距离的经典和量子信息处理使用机械设备，仍然是一个实验的挑战。在这里，我们报告了实验观察到的石墨烯为基础的机电系统中分离的机械谐振器之间的强间接耦合。耦合是由一个远离共振声子腔通过虚拟激发通过拉曼过程介导的。通过控制声子腔的谐振频率，可以在很宽的范围内调谐间接耦合。我们的结果可能会导致门控全机械器件的发展，并开辟了长距离量子力学实验的可能性。
2018-01-26 cond-mat.mes-hall
Tunable amplification and cooling of a diamond resonator with a microscope
控制机械谐振器的动力学是许多量子科学和计量学应用的核心。金刚石谐振器的光机械控制是有吸引力的，由于金刚石的优良的物理性质和它的主机的能力，可以相干耦合到机械运动的电子自旋。利用共聚焦显微镜，我们展示了金刚石纳米机械谐振器运动的可调谐放大和阻尼。通过波导光机械读出观察到简正模从室温冷却到80 K，以及光功率的$60\,μ\text{W}$放大成自振荡。该系统是有前途的量子自旋光学力学，因为它被预测，使光学控制的应力-自旋耦合率为$\sim$ 1 MHz（100太赫兹）的钻石氮空位中心的基态（激发）。
2021-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Near-resonant nuclear spin detection with megahertz mechanical resonators
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；AMOLF（阿莫夫纳米光子学中心）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
利用兆赫兹机械谐振子通过磁场梯度耦合核自旋，通过测量谐振器频率方差实现单个核自旋的检测。
2026-04-17 cond-mat.mes-hall
Multiphoton transitions in Josephson-junction qubits (Review Article)
两个基本的物理模型，一个二能级系统和一个谐振子，实现了在介观尺度上的耦合量子比特和谐振子。此外，现实系统还包括用于控制量子位能级与其粒子数之间的距离并读出谐振器状态的电子器件，以及不可避免的耗散环境。这种丰富的系统是有趣的介观尺度上的基本量子现象的研究，并作为一个有前途的系统，为未来的电子器件。我们提出了最近的结果驱动超导量子比特谐振器系统，其中的谐振器可以实现为LC电路或纳米机械谐振器。大多数结果可以用半经典理论来描述，其中量子比特被视为耦合到经典驱动场和经典谐振腔的量子二能级系统。应用这个理论可以描述单量子比特和双量子比特的许多现象，其中包括：平衡态和弱驱动谱，西西弗斯阻尼和放大，朗道-齐纳-施托克伯格干涉，直接和阶梯型多光子跃迁，以及激光的逆布居数的产生。
2012-05-03 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Dynamical Phase Transitions Across Slow and Fast Regimes in a Two-Tone Driven Duffing Resonator
University of Konstanz（康斯坦茨大学）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；AMOLF（阿姆斯特丹光与物质相互作用研究所）
研究双频驱动Duffing谐振子中慢拍 regime的动力学相变，通过引入循环平均振幅作为序参量，揭示蓝移与红移的不对称性，为非线性驱动系统的控制提供框架。
2026-03-16 cond-mat.mes-hall nlin.AO physics.class-ph
Observation of Electronic Modes in Open Cavity Resonator
电子和光波之间的相似性极大地推动了介观物理学的发展。然而，电子波尚未被理解的开放腔结构，提供了丰富的洞察当代光学对非厄米系统和谐振模式之间的复杂的相互作用。在这里，我们报告的实现一个开放的空腔谐振器在一个二维电子系统。我们研究了谐振腔内的电子模式，并解决了纵向和横向量子化的签名，表明模式是强大的，尽管腔的开放性是高度开放的背景连续。通过对腔体施加受控变形来研究横模，并利用磁导测量和数值模拟进一步分析了横模的空间分布。这些结果奠定了基础，探索电子波函数的背景下，现代光学系统，如介质微腔。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall
Near-resonant nuclear spin detection with high-frequency mechanical resonators
本文提出利用磁场梯度将核自旋直接耦合到高频机械谐振器，通过动力学反作用引起的频率偏移实现近共振核自旋探测，并有望实现纳米尺度磁共振成像及新型自旋操控技术。
2023-11-27 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Highly Tunable Photon-Magnon Coupling Governed by Collective-Mode Profiles in Reconfigurable Dielectric-Resonator Arrays
University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；Auburn University（奥本大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本研究通过可重构介电谐振器阵列实现位点选择性磁子-光子耦合，证明耦合由集体光子模式的局域振幅而非光谱共振决定，为混合量子微波架构提供可重构磁子接口。
2026-10-05 cond-mat.mes-hall
Real-Space Tailoring of the Electron-Phonon Coupling in Ultra-Clean Nanotube Mechanical Resonators
电子和声子之间的耦合是物理学中许多基本现象的核心。在自然界中，这种耦合通常对于分子和固体都是预先确定的。在控制工程纳米系统中的电子和声子方面已经取得了巨大的进展，然而，对这些自由度之间的耦合的控制仍然广泛缺乏。在这里，我们使用了新一代的碳纳米管器件与可移动的超净单量子点和双量子点嵌入在机械谐振器中，以证明在纳米尺度上的电子和机械自由度之间的相互作用的剪裁。利用这种可调谐耦合，我们直接成像的声子模式的空间结构和探测它们的宇称在现实空间中。最有趣的是，我们证明了选择性耦合的个别机械模式和内部电子自由度。我们的研究结果打开了新的前景工程散装量子现象在一个可控的纳米设置，并提供了重要的新工具纠缠的电子和机械自由度在量子水平。
2013-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
