Spectroscopic estimation of the photon number for superconducting Kerr parametric oscillators
本文提出通过将辅助量子比特耦合到超导Kerr参量振荡器并进行光谱测量，从而实现对KPO光子数的可行估计，为基于KPO的量子退火提供精确控制手段。
2022-09-02 quant-ph
Kerr-free three-wave mixing in superconducting quantum circuits
量子限约瑟夫森参量放大器是电路QED读出链中的关键器件。最先进的参量放大器的动态范围受到信号引起的斯塔克位移的限制，斯塔克位移使放大器从其工作点失谐。使用超导非线性非对称电感元件（SNAIL）作为有源元件，我们展示了原位调谐设备通量和泵浦到修饰的无克尔工作点的能力，与标称工作点相比，该工作点提供了可以由我们的放大器处理的光子数量的10倍增加。我们所提出的无克尔三波混频的方法和实验验证，可以扩展到提高量子超导电路中的其他泵浦操作的动态范围。
2019-05-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Entanglement concentration of microwave photons based on Kerr effect in circuit QED
近年来，超导量子比特在量子计算中显示出巨大的潜力。因此，微波光子成为超导量子计算辅助下的量子信息处理中非常有趣的量子比特。在这里，我们提出了第一个协议的纠缠集中微波光子，诉诸电路量子电动力学（QED）中的交叉克尔效应。利用超导传输线谐振器（TLR）与N型能级结构的超导分子耦合，产生有效的交叉克尔效应，实现微波光子的量子无损测量。利用该器件，我们设计了一个双量子比特的极化宇称量子相干探测器，它可以在多个线性微波元件的辅助下有效地集中微波光子的非局域非最大纠缠态。该方案具有较高的效率，可用于微波光子辅助的固态量子信息处理。
2016-10-03 quant-ph
Fast generation of Schrödinger cat states in a Kerr-tunable superconducting resonator
针对三维腔中薛定谔猫态的可扩展性与可控性难题，提出通过快速调制克尔非线性在共面超导电路中生成存储猫态的新方法，96ns内实现89.1%保真度的双组分猫态，为芯片级玻色量子处理器构建提供新路径。
2023-08-28 quant-ph
Superconducting Source of the Kerr-Newman Electron
得到了Kerr-Newman（KN）自旋粒子内部的正则超导解。在电子参数上，它表示Higgs场将电磁场和电流从磁泡内部驱逐到磁泡畴壁边界而形成的高度扁球形旋转磁泡。外部电磁场和引力场与Kerr-Newman解完全一致，而气泡内部是平坦的，形成能量密度为零的“假”真空。KN电磁场的涡旋在旋转盘状泡的边缘形成量子威尔逊圈。
2009-11-08 gr-qc hep-th quant-ph
Circuit QED: Cross-Kerr-effect induced by a superconducting qutrit without classical pulses
交叉克尔非线性效应的实现是量子信息处理中许多应用的重要课题。在这项工作中，我们提出了一种方法来实现交叉克尔非线性相互作用的两个超导共面波导谐振器之间的耦合由一个三能级超导磁通quutrit（耦合器）。利用量子共振腔色散相互作用，导出了包含双光子数算符和耦合算符的有效哈密顿量。当耦合器处于基态时，该哈密顿量可以用来描述两个谐振腔之间的交叉克尔非线性相互作用。由于耦合器在整个过程中是不受激励的，所以耦合器退相干的影响可以大大减小。更重要的是，与以前的建议相比，我们的建议不需要经典脉冲。此外，由于只使用了三能级qutrit，实验装置大大简化时，与以前的建议，需要一个四能级人工原子系统。基于我们的哈密顿量，我们实现了一个双共振腔量子比特控制相位门，并产生了一个双共振腔纠缠相干态。数值模拟表明，利用电流电路QED技术实现相位门的高保真度实现和纠缠相干态的产生是可行的。
2016-11-21 quant-ph
Balanced cross-Kerr coupling for superconducting qubit readout
Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；CIFAR（加拿大高等研究院）
本研究提出一种基于交叉凯尔耦合的结读出方法，通过非微扰相互作用提升超导量子比特读出的保真度和速度，克服多光子过程限制，提供更灵活的频率分配方案。
2026-01-05 quant-ph
Symmetrically Threaded Superconducting Quantum Interference Devices As Next Generation Kerr-cat Qubits
本文提出基于对称穿通SQUID的下一代克尔猫量子比特电路，通过偶次谐波磁通驱动抑制双光子耗散，验证其强克尔非线性下更长相干寿命，仅需8个约瑟夫森结即可实现高性能运行。
2025-07-30 quant-ph
Kerr nonlinearity and three-wave mixing in superconducting resonators hosting Al-InAs weak links
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）
本文研究承载Al-InAs弱连接的超导谐振器，通过调控磁通量或栅极偏置可将克尔非线性调至零，在半导体-超导体混合器件中实验演示三波混频，验证该混合器件是可调非线性超导电路的有前景平台。
2026-08-31 quant-ph
Driving superconducting qubits into chaos
本研究针对Kerr-cat量子比特，揭示提升非线性度虽可加快门速度却会诱发混沌导致量子比特失效的问题，确定了其有效适用区间与失稳的实验探测方式，指出相关危险区可用于量子混沌研究。
2024-02-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
Cross Kerr Effect Induced by Coupled Josephson Qubits in Circuit Quantum Electrodynamics
提出了一种通过超导传输线谐振器与耦合器的相互作用实现两个超导传输线谐振器（TLR）之间交叉克尔非线性的方案。耦合器由两个超导电荷量子比特通过超导量子干涉器件相互连接而成。当被适当地驱动时，耦合器可以在两个TLR之间感应非常强的交叉相位调制（XPM），这是由于其N型能级结构以及随之而来的在其最低状态下的电磁感应透明性。我们设计的灵活性可以导致各种TLR间耦合配置。所得到的交叉克尔系数足够大，允许许多重要的量子操作中，只有很少的光子参与。我们进一步表明，该计划是非常强大的对固态电路中的波动。我们的数值计算表明，与所提出的XPM的强度相比，由耦合器的退相干引起的吸收和色散非常小。
2010-12-24 quant-ph
Period-tripling subharmonic oscillations in a driven superconducting resonator
我们在超导共面波导谐振腔$k_B T \ll \hbarω$中观察到三倍周期的亚谐波振荡。谐振器由提供克尔型非线性的可调谐电感端接。我们检测到的输出场正交的频率附近的基本模式，$ω/2π\sim 5\,$ GHz，当谐振器被驱动的电流在$3ω$的振幅超过不稳定阈值。输出辐射是从基模红失谐的。我们观察到三个稳定的辐射态，具有相等的振幅和相位移动$120^\circ$。从$3ω$到$ω$的下转换通过谐振器的第二模式的谐振激发和交叉克尔效应而强烈增强。我们的实验结果是在定量协议与两个耦合模式的驱动动力学模型。
2017-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Frequency-tunable Kerr-free three-wave mixing with a gradiometric SNAIL
三波混频是超导量子信息处理中的一个关键过程，涉及到超导腔之间的量子限幅放大和参量耦合。这些操作可以通过基于SNAIL的器件来实现，该器件提供了无克尔磁通偏置点，在该点处抑制了不希望的寄生效应，例如斯塔克位移。然而，在单个磁通偏置参数的情况下，这些电路只能容纳一个无克尔点，限制了它们的应用范围。在这封信中，我们演示了如何克服这一限制与梯度SNAIL，双磁通偏置超导电路，有效电感和克尔系数可以独立调谐。实验数据表明，梯度SNAIL抑制克尔效应在三波混频参量放大器的连续通量偏置点对应于1.7 GHz的工作频率范围内的能力。
2022-05-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Steady entangled-state generation via cross-Kerr effect in a ferrimagnetic crystal
对于固态自旋系统，单晶中的集体自旋运动体现了多种静磁模式。最近，人们发现高阶静磁模和Kittel模之间的交叉克尔相互作用引入了一个新的可操作自由度。在本工作中，我们提出了一个方案，当偏场是不均匀的和系统被驱动时，通过交叉克尔非线性纠缠两个磁振子模式。量子纠缠在稳态下持续存在，如使用实验可行的参数的数值结果所示。此外，我们还证明了纠缠态可以在自克尔和交叉克尔非线性共存的系统中更好地生存。我们的工作提供了见解和指导，设计实验，观察不同自由度之间的纠缠在一个单一的亚铁磁晶体。此外，它可能会激发潜在的应用程序中的量子信息处理使用自旋电子器件。
2022-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Kerr reversal in Josephson meta-material and traveling wave parametric amplification
约瑟夫森超材料是近年来出现的一种非常有前途的超导量子科学和技术平台。它们的独特潜力在于能够在亚波长尺度上对其进行工程设计，从而可以完全控制波的色散和非线性相互作用。本文报道了一种具有强三阶非线性的多用途约瑟夫森传输线，它的三阶非线性可以从正到负进行调谐，并能抑制二阶非线性。作为这种多用途超材料的初步实现，我们操作它来演示行波参量放大中的反向克尔相位匹配机制。与现有技术的相位匹配方法相比，这种反向克尔相位匹配避免了传输中间隙的存在，可以减少增益纹波，并且允许放大频带在前所未有的宽范围内的原位可调谐性。除了这些显着的进步，直接应用于超导量子计算和产生宽带压缩的放大性能，原位可调谐性与符号反转的非线性行波结构，没有对应的光学，以我们所知的最好的，打开了令人兴奋的实验可能性，在微波量子光学，单光子探测和量子限制放大的一般框架。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Tunable, Modeless, and Hybridization-free Cross-Kerr Coupler for Miniaturized Superconducting Qubits
Kavli Nanoscience Institute and Thomas J. Watson, Sr., Laboratory of Applied Physics, California Institute of Technology（加州理工学院卡尔弗纳米科学研究所和托马斯·J·沃森Sr.应用物理实验室）；Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology（加州理工学院量子信息与物质研究所）
本研究提出了一种基于SQUID耦合器的新型跨库珀耦合器，用于实现高保真度的受控Z门，解决了传统线性耦合方案在量子比特连接性和相干性上的限制。
2026-02-03 quant-ph
Mechanically Designing Protected Superconducting Qubits
针对大型相互作用量子系统设计难、高维下蛮力求解不可行的问题，研究者将超导量子比特与机械质-弹簧系统类比，分析受噪声保护的超导量子比特与对应力学系统特征的关联，为未来超导电路直觉化设计提供思路。
2024-03-06 quant-ph
Exploiting Kerr Cross Non-linearity in Circuit Quantum Electrodynamics for Non-demolition Measurements
我们提出了一个计划的色散读出存储的能量在一个模式的非线性超导微波环形谐振器通过检测的第二模式的频率偏移耦合到第一通过克尔非线性。对称性用于提高器件的响应度，同时最大限度地减少每个模式的自非线性。信噪比的评估表明，该计划将在单光子水平，允许量子非爆破测量的光子数状态的一个模式。从一个简化版本的设备演示的操作原理的实验数据。
2010-02-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Flux Pumped Kerr-Free Parametric Amplifier
University of Rochester（罗切斯特大学）；Institute for Quantum Studies, Chapman University（查普曼大学量子研究所）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
该研究提出一种通过替换 SQUID 中央接合部为线性电感器，消除 Kerr 非线性，实现接近量子极限的参数放大器设计。
2026-02-14 quant-ph
Deterministic Generation of Entangled Photons in Superconducting Resonator Arrays
我们提出了一个在超导谐振腔阵列中确定性产生纠缠光子对的方案。通过与超导量子比特的耦合，谐振腔形成Jaynes-Cummings晶格，这种耦合产生类Kerr非线性，利用谐振腔的非线性和对称性，利用光谱技术，可以按需产生纠缠光子.该计划是强大的对小的参数扩展，由于制造误差。我们的研究结果可作为超导量子线路中量子信息处理的关键元素。
2011-07-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-photon driven Kerr resonator for quantum annealing with three-dimensional circuit QED
我们提出了一个可实现的电路QED架构的工程状态的超导谐振器非共振耦合到辅助超导量子比特。量子比特-谐振器色散相互作用与施加到量子比特的微波驱动一起产生具有双光子驱动的克尔谐振器，这使得我们能够有效地设计谐振器的量子态，例如生成用于基于谐振器的通用量子计算的薛定谔猫态。此外，所提出的架构是易于扩展的解决映射到伊辛自旋玻璃模型的优化问题，从而作为一个平台，量子退火。尽管已经提出了各种具有超导量子比特的可扩展架构来实现量子退火器，但是现有的退火器目前仅限于量子比特的相干时间。在这里，基于协议实现双光子驱动克尔谐振腔在三维电路QED（3D cQED），我们提出了一个灵活的和可扩展的硬件实现量子退火，结合的优点，可达到在3D cQED和最近提出的谐振器为基础的Lechner-Hauke-Zoller（LHZ）计划的长相干时间。在基于谐振腔的LHZ退火器中，每个自旋被编码在由3D微波超导谐振腔的两个相位相反的相干态构成的子空间中，从而将全连接的伊辛模型映射到具有局域可调三腔相互作用的谐振腔网络上.这种硬件结构为实现具有改进相干性的量子退火器提供了一个有前途的物理平台。
2017-12-12 quant-ph
Practical quantum error correction with the XZZX code and Kerr-cat qubits
能够进行大规模容错量子计算的健壮架构的开发应该同时考虑它们的量子纠错码和它们所基于的底层物理量子比特。根据这一设计原则，我们展示了显着的纠错性能级联的XZZX表面码与克尔猫量子比特。我们对比了几种不同的容错系统的变体，这些系统经历了不同的电路噪声模型，这些模型反映了Kerr-cat量子比特的物理特性。我们的模拟表明，我们的系统在物理合理的参数范围内可扩展到低于$p_\mathrm{CX} \sim 6.5\%$的阈值门失真度，其中$p_\mathrm{CX}$是我们系统中最嘈杂的门的失真度;受控非门。该阈值可以在具有$10$ MHz的克尔非线性、$\sim 6.25$光子猫量子比特、$\gtrsim 64μ$ s的单光子寿命和热光子布居$\lesssim 8\%$的超导电路架构中达到。这些参数通常在超导电路中实现。
2021-10-18 quant-ph
Normal modes of a superconducting transmission-line resonator with embedded lumped element circuit components
本文提出了一种识别超导传输线耦合简正模的方法。我们评估的有效传输线的非线性的情况下，克尔类约瑟夫森相互作用的电路中，并在嵌入式电路构成量子位自由度的情况下，这是拉比耦合到传输线中的字段。我们的理论定量地解释了在最近的实验中观察到的非常高的正克尔非线性[M。Kazak等人，应用物理信函104，162604]，并且我们可以评估实验电路的修改版本的成就。
2016-07-18 quant-ph
Quantum Computation Based on Quantum Adiabatic Bifurcations of Kerr-Nonlinear Parametric Oscillators
最近，作者和其他人提出了具有克尔非线性参量振荡器（KPO）的量子计算机。使用KPO的量子计算是基于KPO的量子绝热分叉，其导致相干态的量子叠加，例如薛定谔猫态。因此，这些量子计算机被称为“量子分叉机（QBM）”。“QbM可用于量子绝热优化和通用量子计算。具有约瑟夫森结的超导电路，特别是约瑟夫森参量振荡器（JPO），是实现KPO的一个很有前途的物理器件。因此，KPO和QBM不仅提供了实现量子比特（qubit）和量子计算机的新途径，而且还提供了JPO的新应用。在这里，我们从理论上解释KPO和QBM的物理，比较它们与耗散对应物。它们的物理实现与超导电路也被提出。
2018-08-31 quant-ph
Analytical approach to swift nonleaky entangling gates in superconducting qubits
我们开发的方案设计的脉冲，实现快速和精确的纠缠量子门在超导量子比特系统，尽管存在附近的有害过渡。我们的方法是基于故意涉及最近的有害跃迁的量子evolution，而不是试图避免it.Using分析工具，我们设计了简单的微波控制场，实现最大的纠缠门，在低至40 ns的时间超过99%的量子效率。我们通过设计两个最重要的量子纠缠门：条件非门和条件Z门，在两量子比特电路QED系统中展示了我们的方法。我们的研究结果是克服光谱拥挤问题的重要一步，这是控制多量子比特系统的主要挑战之一。
2015-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Exact quantization of superconducting circuits
我们提出了一个理论描述的电路组成的弱非谐量子比特耦合到腔多模。我们得到了一个酉变换，对角化电路的谐波扇区。弱非谐性不改变简正模基，但它可以改变能级。我们研究了两个例子的一个transmon和两个transmon耦合到总线谐振器，我们确定了封闭形式的公式的缀饰频率和克尔非线性。我们的结果适用于任意频率的失谐和色散区内外的耦合。
2018-07-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting cavity piezo-electromechanics: the realization of an acoustic frequency comb at microwave frequencies
我们提出了一个非线性多模超导电声系统，超导动力学电感和压电强耦合之间的相互作用建立了一个有效的克尔非线性之间的多个声学模式在10 GHz的，很难实现通过固有的机械非线性。通过激发这种多模克尔系统与一个单一的微波音，我们进一步证明了一个相干的电声频率梳，并提供理论上的理解多模非线性相互作用的超强耦合限制。这种非线性超导电声系统揭示了多模谐振器系统的主动控制，并提供了一个使平台的微波频率下的微梳的动态研究。
2022-07-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Criticality-Enhanced Quantum Sensing with a Parametric Superconducting Resonator
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Alice & Bob；Institute for Complex Systems, National Research Council (ISC-CNR)（国家研究委员会复杂系统研究所）；Sapienza University（罗马第一大学）
利用有限组件相变实现临界现象增强的量子传感，通过参数化超导谐振子实现更高的测量精度。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hamiltonian quantum computing with superconducting qubits
我们考虑如何使用超导transmon量子比特的2D阵列来实现在[arXiv：1509.01278]中引入的哈密顿量子计算方案。我们展示了该计划如何需要强吸引力的交叉克尔和弱触发器或跳跃相互作用的工程，我们详细说明了如何实现这一点。我们的建议是使用一种新的电路，通过类偶极元件获得transmons之间的吸引交叉克尔耦合。我们讨论和数值分析的前向运动和执行的计算和耦合强度及其变化的依赖。我们扩展[arXiv：1509.01278]，明确展示如何构建直接Toffoli门，从而通过Hadamard和Toffoli门或通过受控Hadamard，Hadamard和CNOT建立计算普适性。
2019-06-07 quant-ph
Adiabatic Fock state generation scheme using Kerr nonlinearity
我们提出了一个在克尔腔中通过驱动场强度的绝热变化和腔失谐量确定性地产生Fock态的理论方案。我们证明了产生$n$ -光子Fock态所需的时间是$n$的平方根。克尔系数相对于系统退相干率的要求提供作为所需的状态保真度的函数，表明该计划是潜在的实现与微波超导电路的现有技术水平。
2018-12-19 quant-ph
Quantum Otto Thermal Machines Powered by Kerr Nonlinearity
研究了以克尔非线性振子为工作物质的量子热机中克尔非线性效应的影响。我们首先研究了克尔非线性热机的效率，并表明，通过改变克尔非线性强度的效率超过了量子谐振子奥托发动机的效率的2.5倍。此外，克尔非线性使得克尔非线性制冷机的性能系数高达量子谐振子奥托制冷机性能的3倍。这些结果是使用由超导电路形成并在微波范围内运行的电路量子电动力学设备的现实参数获得的。
2021-05-20 quant-ph
Quantum Acoustics with Tunable Nonlinearity in the Superstrong Coupling Regime
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出一种多模式机械腔耦合超导 Kerr 颤振器的装置，实现机械模式的非线性调控，通过参与比测量多模式耦合，为未来超导量子比特集成提供平台。
2025-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
A driven quantum superconducting circuit with multiple tunable degeneracies
实验发现压缩驱动Kerr振子中多个可调简并，源于隧道路径相消干涉，并用于实现超保护的猫量子比特，展示了简并与噪声保护的联系。
2023-05-10 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Performance of cavity-parametric amplifiers, employing Kerr nonlinearites, in the presence of two-photon loss
双光子损耗机制通常伴随着克尔非线性。超导传输线所表现出的动力学电感提供了一个克尔类非线性的例子，它伴随着双光子吸收型的非线性电阻。这种非线性耗散会降低采用类克尔非线性作为增益或混频介质的放大器和混频器的性能。作为参量放大器设计的一种辅助手段，我们提供了一个腔参量放大器采用克尔非线性，伴随着双光子吸收损耗的量子分析。由于它们在诊断中的有用性，我们获得了腔体内的泵浦振幅的表达式，反射系数的泵浦振幅反射的腔，参量增益，和互调增益。给出了计算压缩度的表达式。
2005-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Parametric amplification by coupled flux qubits
我们报道了微波信号在由超导量子比特构成的克尔介质中的参量放大。两个相互耦合的磁通量子位嵌入超导共面波导谐振器的电流波腹中，作为非线性元件。共享的约瑟夫森结提供了量子位-谐振器耦合，导致器件的测量增益约为20 dB。我们认为，这种安排代表了一个单位细胞，可以直接扩展到一个准一维的量子超材料与一个大的可调克尔非线性。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Observation of first- and second-order dissipative phase transitions in a two-photon driven Kerr resonator
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
在双光子驱动的 Kerr 共振腔中首次实验和理论分析了一级和二级耗散相变，揭示了临界行为和非平衡动力学特性。
2023-10-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
How the Kerr-Cat Qubit Dies -- And How to Rescue It
本文揭示了Kerr-cat量子比特在强微波驱动下因电路多模态引发多光子共振导致相干性崩溃的机制，并利用Floquet-Markov框架证明通过精心设计电磁环境可拯救并提升其稳健性。
2025-10-31 quant-ph
Polarization entanglement purification of nonlocal microwave photons based on the cross-Kerr effect in circuit QED
随着第一颗量子卫星的成功发射，微波光子成为量子通信中非常重要的量子比特。因此，如何保证微波量子通信的高安全性和高效率，是一个非常有意义的课题。基于电路量子电动力学中的交叉克尔效应，提出了一种新颖的非局域微波光子偏振纠缠纯化方案。该方案可以解决由于环境噪声的退相干而导致用于构建量子信道的最大纠缠态纯度降低的问题。这个任务是通过偏振奇偶校验量子非破坏（QND）检测器，位翻转操作，和线性微波元件。QND探测器由多个交叉克尔效应系统组成，通过将两个超导传输线谐振器耦合到具有N型能级结构的超导分子上来实现。给出了电路QED中QND测量系统的适用实验参数，并分析了其可行性。该协议在未来微波光子辅助的长距离量子通信中有很好的应用前景，如卫星量子通信。
2017-12-05 quant-ph
Spectroscopic observation of the crossover from a classical Duffing oscillator to a Kerr parametric oscillator
本文研究了由超导传输线谐振器和嵌入式dc-SQUID组成的约瑟夫森参量振荡器的微波响应。dc-SQUID允许在克尔非线性小于或大于光子损失率的范围内控制克尔非线性的幅度。光谱测量揭示了微波响应的变化，从一个经典的杜芬振荡器的克尔参量振荡器在一个单一的设备。在单光子克尔制度中，我们观察到参数振荡与一个定义良好的相位的$0$或$π$，其概率可以控制由外部注入的信号。
2022-02-24 quant-ph
Stabilization and Dissipative Information Transfer of a Superconducting Kerr-Cat Qubit
本研究针对量子硬件噪声影响算法性能的问题，探究向Cat-Qubit的耗散信息传输，验证了基于重复相互作用的耗散方案可实现量子信息成功传输，为量子机器学习提供替代硬件思路。
2023-07-23 quant-ph
Parametrically enhanced interactions and non-trivial bath dynamics in a photon-pressure Kerr amplifier
两个超导电路之间的光子压力耦合是一个很有前途的平台，研究辐射压力耦合在新的参数制度和射频（RF）量子光子学和量子限制RF传感的发展。到目前为止，光子-压力耦合电路的本征约瑟夫森非线性还没有被认为是增强器件或新实验方案的潜在资源。在这里，我们实现了一个射频电路和微波腔之间的光子压力耦合，其中包含超导量子干涉器件（SQUID），它可以作为约瑟夫森参量放大器（JPA）操作。我们证明了一个基于克尔的增强的光子压力单光子耦合率和一个数量级的放大器制度的协同性的增加。此外，我们的特征上转换和克尔放大的残余热波动的RF电路，并观察到腔内放大降低了测量的不精确性。最后，我们证明，RF模式边带冷却是令人惊讶的不限于有效的放大器模式温度所产生的量子噪声放大，我们解释了非平凡浴动力学由于两个阶段的放大过程。我们的研究结果表明，如何克尔非线性，特别是约瑟夫森参量放大可以被用作增强的光子压力系统和克尔腔光学力学的资源。
2022-03-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Suppressing Cavity Frequency Noise Using a Kerr Nonlinearity
Kavli Institute of NanoScience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学卡弗里纳米科学研究所）；Department of Electrical and Software Engineering, University of Calgary（卡尔加里大学电气与软件工程系）
该研究针对超导微波腔的频率噪声问题，利用克尔非线性的固有反馈机制，通过克尔锁定实现腔频率稳定，将波动降低近两个数量级，有望应用于多种量子相关系统。
2026-08-05 quant-ph
Four-wave-cooling to the single phonon level in Kerr optomechanics
腔光学力学领域已经实现了突破性的光子控制和检测的机械振荡器，基于他们的耦合到线性电磁模式。然而，最近，有一个上升的兴趣，探索腔非线性作为一个强大的新资源，在辐射-压力相互作用系统。在这里，我们提出了一个磁通介导的光机械装置结合非线性约瑟夫森超导量子干涉腔与机械纳米梁。我们演示了如何微波电路的固有克尔非线性可以用于一个反直观的蓝失谐边带冷却计划的基础上多音腔驱动和腔内四波混频。基于系统高达$g_0 = 2π\cdot 3.6\,$ kHz的大单光子耦合率和高的机械品质因数$Q_\mathrm{m} \approx 4\cdot 10^{5}$，我们实现了$\mathcal{C}_\mathrm{fw} > 100$的有效四波协同，并证明了接近其量子基态的机械振子的四波冷却，实现了$n_\mathrm{m} \sim 1.6$的最终占据。我们的研究结果显着推进最近开发的平台，通量介导的光学力学和演示如何腔克尔非线性可以用于腔光学力学的新的控制方案。
2021-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast Superconducting Qubit Readout with the Quarton Coupler
本文提出利用 quarton 耦合器实现 transmon 量子比特与读出谐振器间大于 250 MHz 的交叉克尔耦合，将超导量子比特读出时间缩短至 5 ns，并保持超过 99% 的读出与 QND 保真度。
2024-02-24 quant-ph
Kerr nonlinearity and parametric amplification with an Al-InAs superconductor-semiconductor Josephson junction
为解决约瑟夫森参量放大器的克尔非线性导致增益压缩、限制扩展性的问题，研究团队制备Al-InAs超导体-半导体混合约瑟夫森结参放，其克尔非线性比同电感Al-AlOₓ结低三个数量级，四波混频参放增益超20dB、压缩功率-119dBm，性能优于铝结单谐振JPA。
2024-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Amplification and cross-Kerr nonlinearity in waveguide quantum electrodynamics
我们探讨了嵌入在波导中的三能级发射器（3LE）的放大和交叉克尔非线性，并由两个光束驱动。在最近的实验中，证明了相干放大和交叉克尔非线性，分别与V型和梯形3LE耦合到一个开放的超导传输线携带两个微波场。在这里，我们考虑$Λ$，V，和梯形3LE，并比较相干和非相干放大的效率，以及在所有三个发射器的交叉克尔相移的幅度。利用Heisenberg-Langevin方程组方法研究了初始处于相干态的探测光和驱动光的散射。我们特别计算的制度的探测和驱动功率时，3LE作为一个相干放大器最有效地，并推导出放大的探测光子的二阶相干。最后，我们应用Kramers-Kronig关系关联的振幅和相位响应的探测光束，这是用来寻找在这些系统中的相干放大和交叉克尔相移。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Phase transitions, symmetries, and tunneling in Kerr parametric oscillators
本研究探索量子Kerr参量振荡器（KPOs）中基态和激发态量子相变的发生机制，重点分析驱动频率为振荡器本征频率μ倍时相空间旋转对称性的作用，为鲁棒量子态工程等提供见解。
2025-04-21 quant-ph
Controllable optical bistability and Fano line shape in a hybrid optomechanical system assisted by Kerr medium: Possibility of all optical switching
本文从理论上分析了由量子点耦合到光机械腔中的非线性克尔介质的混合系统中的光学和光机械非线性，并指出这种混合系统可以用作全光开关。利用量子点与腔的耦合强度、克尔效应和光机械非线性效应，可以实现对腔内平均光场和弱探测光场功率传输特性的高度控制和可调谐性，为设计高效率的全光开关和高灵敏度的传感器提供了理论依据。
2017-08-13 physics.optics quant-ph
Hybrid quantum gate and entanglement between a "stationary" photonic qubit and a flying optical state via a giant cross Kerr nonlinear effect
基于离散变量和连续变量的混合协议的量子信息处理由于其在可扩展量子计算机和远程量子网络中的应用前景而受到广泛关注。通过在两个腔之间引入一个巨大的交叉克尔非线性效应，我们提出了一个在静止的离散光子比特和飞行的光子态之间实现高保真度的混合量子门和量子纠缠的一般方案.有趣的是，我们的协议可以用来进行一个受控的Z量子门之间的一个静态的微波光子存储在一个缓慢衰减的微波腔和一个飞行的光学光子，从而使远程超导量子线路的量子网络。
2016-10-11 quant-ph
Probing Time Reversal Symmetry Breaking using a Nonlinear Superconducting Ring Resonator
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Harvard University（哈佛大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出利用多模超导环谐振器探测量子材料中的时间反演对称性破缺，通过非线性交叉相互作用增强传感能力，展示 Kerr 非线性相互作用提升磁效应以增强探测效果。
2026-04-20 quant-ph
Hybrid teleportation via entangled coherent states in circuit quantum electrodynamics
我们提出了一个确定性的方案，通过超导电路中的连续变量纠缠态传送一个未知的量子比特。量子比特是超导二能级系统，二分量子信道是两个腔之间的光子纠缠相干态。在腔模中，对固体和光子混合态进行Bell测量，将离散变量的未知电子态转换为连续变量的光子猫态。该方案进一步使量子信息处理的应用，如验证和错误检测方案的纠缠相干态的电路QED相同的架构。最后，在腔态的自克尔可调谐性的动力学方法已被研究，以最大限度地减少自克尔失真和所有必要的成分被证明是实验可行的最先进的超导电路。
2015-09-09 quant-ph
Giant Kerr nonlinearities in Circuit-QED
光学非线性的极小尺寸对人们可以探索的新物理类型造成了广泛的限制。对于多能级系统的系综，人们可以使用量子相干性效应来合成大的有效光学非线性，但是在单原子水平上证明这种非线性在技术上是极其具有挑战性的。在这项工作中，我们描述了如何一个单一的人工多层次的库珀对盒分子，与超导微波共面波导谐振器相互作用时，适当的驱动，可以产生非常大的光学非线性在微波频率，没有相关的吸收。我们描述了如何通过测量二阶关联函数和正交压缩谱来检测巨自克尔效应。
2009-10-09 quant-ph
Two-qubit gate using conditional driving for highly detuned Kerr-nonlinear parametric oscillators
克尔非线性参量振荡器（KPO）是实现通用量子计算量子比特的理想器件之一。KPO可以稳定两个相位相反的相干态，产生称为薛定谔猫态的量子叠加。具有KPO的通用量子计算需要三种量子门：$R_z, R_x$和$R_{zz}$门。我们从理论上提出了一个双量子比特门$R_{zz}$的高度失谐KPO。在所提出的方案中，我们增加了另一个双光子驱动的第一个KPO。这导致$R_{zz}$门基于第二KPO的驱动取决于第一KPO状态，我们称之为“条件驱动”。“首先，我们使用从超导电路模型导出的传统KPO哈密顿量在一些近似下进行模拟，并评估栅极保真度。接下来，我们还使用超导电路模型对两量子比特门进行了数值模拟。仿真结果表明，对于通用性所需的旋转角度，可以用高保真度（$>99.9\%$）实现双量子比特门。
2022-11-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Multiparametric Amplification and Qubit Measurement with a Kerr-free Josephson Ring Modulator
基于约瑟夫森结的参量放大器已经成为超导量子机器中普遍存在的部件。虽然参量放大器通常可以达到接近量子极限的性能，但它们有许多局限性，包括饱和功率低、方向性差和带宽窄。第一个被认为是源于高阶哈密顿项特有的约瑟夫森结电路，后两个是直接后果的性质的参数相互作用的权力。在这项工作中，我们将解决这两个问题。首先，我们设计了一个新的，线性分流约瑟夫森环调制器（JRM），几乎为零的所有四阶项在一个单一的磁通偏置点。接下来，我们通过一对平衡参数驱动器实现增益。当单独应用时，这些驱动器产生相位保持增益（G）和无增益光子转换（C），当一起应用时，所得到的放大器（我们称之为GC）是具有大的增益无关带宽的双向、相位敏感的仅透射放大器。最后，我们还展示了GC放大器的实用性，以及它的量子效率，通过使用它来读取超导transmon量子比特。
2019-12-20 quant-ph
