Quantum adiabatic theorem for unbounded Hamiltonians with a cutoff and its application to superconducting circuits
本文提出一种新的量子绝热定理，消除了绝热时间尺度中的 2^n 因子和截断依赖，并将其应用于超导电路，给出通量量子比特的绝热时间尺度对电路参数的显式依赖，同时证明量子退火末段泄漏不可避免。
2022-12-05 quant-ph
Superconducting Circuit Architecture for Digital-Analog Quantum Computing
提出了一种适用于数模量子计算（DAQC）的超导电路结构，该结构基于增强的最近邻相互作用NISQ族。DAQC巧妙地使用了数字步骤（单量子比特旋转）和模拟块（参数化多量子比特操作），以超越数字量子计算算法。我们的设计包括超导量子干涉器件（SQUID）耦合的超导电荷量子比特链。使用磁通量控制，我们可以激活/去激活交换相互作用、双激励/去激励等。作为一个典型的例子，我们提出了一个有效的模拟的$\ell\times h$费米子晶格（与$2<\ell \leq h$），只使用$2(2\ell+1)^2+24$模拟块。所提出的架构设计在当前使用超导电路进行量子计算的实验装置中是可行的，从而以更少的资源为有用的量子优势打开了大门。
2022-05-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Encoding a qubit with Majorana modes in superconducting circuits
马约拉纳费米子是人们长期寻找的奇异粒子，它们是自己的反粒子。在这里，我们建议利用超导电路来构建两个超导量子比特阵列，其中Majorana模式可以发生。一个所谓的马约拉纳量子比特是通过使用不成对的马约拉纳模式来编码的，这种模式出现在马约拉纳费米子表示中链的左右两端。我们还显示了这个马约拉纳量子比特的自旋表示和它的优势，在一个单一的超导量子比特，关于量子相干性。此外，我们建议使用四个超导量子比特作为最小的系统来演示编织的马约拉纳模式，并显示如何编织马约拉纳之前和之后的状态可以区分。
2014-09-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Higgs gap modes in superconducting circuit quantisation
The University of Queensland（昆士兰大学）；ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems（工程量子系统卓越研究中心）
本文提出了一种基于电路量化的框架，用于研究超导体中与间隙动力学相关的Higgs模式，推导了Higgs质量、弹簧常数和振荡频率的解析表达式，并通过数值验证和与长波长计算的对比验证了非谐振修正。
2026-03-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Can the dynamical Lamb effect be observed in a superconducting circuit?
当超导量子比特与谐振器的耦合周期性地非周期性地“开”和“关”时，超导电路中将出现动态兰姆效应。我们表明，通过使用超导电路，它允许切换之间的纵向和横向耦合的量子比特的谐振器，它是可能的，以观察动态兰姆效应。{The纵向和横向耦合之间的切换可以通过调制通过电路回路的磁通量来实现。通过求解耦合到谐振腔中的量子比特的薛定谔方程，我们计算了量子比特的激发几率以及兰姆动力学效应在谐振腔中产生$n$光子的几率随时间的演化.当使用频率等于平均量子比特和光子跃迁频率之和的方波或正弦调制磁通量在纵向和横向之间周期性地切换耦合时，概率最大。
2019-03-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Low-Loss Superconducting Nanowire Circuits Using a Neon Focused Ion Beam
我们提出了低温测量低损耗超导嵌线谐振器在低功耗限制相关的量子线路。超导谐振器嵌入超导纳米线的宽度下降到20纳米，使用氖聚焦离子束。在低功率极限下，我们证明了在300 mK时内部品质因数高达3.9 × 10^5 [意味着在10 mK时两级系统限制的品质因数高达2 × 10^5]，不仅显著高于类似器件，而且与传统约瑟夫森结嵌入式谐振器的最新技术水平相匹配。我们还显示了高灵敏度的纳米线的杂散红外光子，这是可控的适当的预防措施，以尽量减少杂散光子在样品环境中。我们的研究结果表明，基于超导纳米线的量子线路具有良好的应用前景。
2017-08-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Improving the accuracy of circuit quantization using the electromagnetic properties of superconductors
Seoul National University（首尔大学）；Korea Research Institute of Standards and Science（韩国标准科学研究院）；Quantum Devices Labs, Korea Advanced Nano Fab Center（韩国先进纳米制造中心量子器件实验室）；Quantum Design Korea（量子设计韩国公司）；SKKU Adavanced Institute of Nanotechnology, Sungkyunkwan University（成均馆大学SKKU纳米技术高级研究所）
本文提出一种改进的超导电路量化方法，结合材料和几何依赖的动能电感，提升哈密顿量预测精度，实验显示模式频率误差从5.4%降至1.1%。
2024-12-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Controllable microwave three-wave mixing via a single three-level superconducting quantum circuit
二阶非线性光学过程中的三波混频由于电偶极选择定则而不能在原子系统中发生。相反，我们证明了二阶非线性过程可以发生在超导量子线路中（即，超导人造原子）时，通过简单地改变所施加的磁通量来破坏势能的反转对称性。特别是，我们表明，差频和和频（和二次谐波）可以产生在微波政权在一个可控的方式，通过使用一个单一的三能级超导磁通量子线路（SFQC）。对于我们提出的参数，该电路的频率可调谐性可以实现在约17 GHz的范围内的和频产生，和约42 GHz（或26 GHz）的差频产生。我们的建议提供了一个简单的方法来产生二阶非线性过程SFQC在当前的实验参数。
2014-12-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Using Superconducting Qubit Circuits to Engineer Exotic Lattice Systems
我们提出了一种基于超导量子比特和谐振器的架构，用于实现各种奇异的晶格系统，如自旋和哈伯德模型在更高或分形维数和更高的属拓扑结构。自旋系统自然地使用量子比特来实现，而超导谐振器可以用于实现玻色-哈伯德模型。这些设计的基本要求，例如任意量子位对之间的可控相互作用，最近已经在实验室中实现，使我们的建议在当前技术下可行。
2010-11-25 cond-mat.supr-con 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
Semiclassical dynamics of a superconducting circuit: chaotic dynamics and fractal attractors
本文研究了两个串联Josephson结在电压偏置下的超导电路半经典动力学，通过Hamilton描述推导运动方程，发现其动力学等价于振荡支点平面转子，并揭示了系统的混沌特性及动力学吸引子的分形本质。
2024-02-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting Circuits and Quantum Information
超导电路可以像原子一样在两个能级之间进行跃迁。这样的电路可以在宏观尺度上测试量子力学，并用于在硅芯片上进行原子物理实验。
2006-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Multiplexing Superconducting Qubit Circuit for Single Microwave Photon Generation
我们报告的设备，集成八个超导transmon量子位在λ/4超导共面波导谐振器从一个共同的馈线馈电。使用这种多路复用架构，每个谐振器和量子位都可以单独寻址，从而减少了所需的硬件资源，并允许通过光谱方法对其进行单独表征。测量的器件参数与设计值一致，谐振器和量子比特表现出良好的相干性和强耦合，当与谐振器共振时，量子比特的弛豫速率由Purcell效应控制。我们的分析表明，该电路是适合于产生单微波光子的需求与效率超过80%。
2016-09-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Generation and detection of NOON states in superconducting circuits
NOON状态，即$|N,0\rangle+e^{iϕ}|0,N\rangle$形式的两种光模式之间的状态允许超分辨率干涉测量。我们展示了如何利用超导相位量子比特和谐振器在电路量子电动力学中有效地产生NOON态。我们提出了一个协议，其中只需要两个模式之间的一个相互作用，在程序开始时创建所有必要的纠缠。该协议积极利用相位量子比特的前三种状态。此外，我们展示了如何有效地验证这样的实验的成功，即使是大NOON状态，使用随机采样的测量和半定规划技术。
2010-06-07 cond-mat.supr-con quant-ph
The upside of noise: engineered dissipation as a resource in superconducting circuits
从历史上看，超导电路中的噪声一直被认为是需要消除的障碍。设计超导电路的大部分研究工作都集中在降低噪声上，并取得了巨大的成功，因为在过去的二十年中，相干时间增加了四个数量级。然而，噪声和耗散永远无法完全消除，而且，迅速增长的理论和实验工作表明，精心调谐的噪声，以工程耗散的形式，可以成为设计和操作量子线路的非常有用的工具。在这篇文章中，我回顾了工程耗散的重要应用，包括状态生成，状态稳定和自主量子纠错，其中工程耗散可以减轻固有噪声的影响，降低量子信息处理中的逻辑错误率。此外，我提供了超导量子比特的基本噪声过程（光子损失和相位噪声）的教学审查，并认为，任何耗散机制，可以纠正光子损失的错误是很可能自动抑制退相。我还讨论了量子模拟的应用，以及未来可能的研究方向。
2017-08-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Parametric four-wave mixing toolbox for superconducting resonators
我们研究的超导电路，可以作为一个工具箱，以产生各种Bogoliubov线性和非线性量子操作的微波光子模式的超导谐振器在一个单一的电路。量子操作产生的探索色散四波混频（FWM）过程涉及的谐振器模式。通过调整电路参数和适当的微波驱动，可以实现不同的四波混频结构。我们用一个由两个相互耦合的超导量子比特组成的电路来说明这个方案。每个量子比特与一个超导谐振器耦合。我们还讨论了该方案中的主要量子误差，并通过数值模拟研究了量子操作的保真度。我们的方案为在超导谐振器上实现量子信息协议提供了一种实用的途径。
2012-07-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Spacetime as a quantum circuit
我们提出，全息时空的有限截止区域表示在不同时间的边界状态和威尔逊截止之间映射的量子线路，并且这些量子线路的复杂性由引力作用量给出。最佳电路使重力作用最小化。这是“复杂性等于体积”猜想对未优化电路的推广，也是路径积分优化对有限截止的推广。使用全息$T\bar T$的工具，我们发现常数标量曲率的表面在优化量子线路中起着特殊的作用。我们还发现了一个有趣的连接，我们的建议，运动空间，并讨论可能的电路表示和门计数解释的引力作用。
2021-04-25 gr-qc hep-th quant-ph
Blackbox Quantization of Superconducting Circuits using exact Impedance Synthesis
提出了一种新的量子化方法，用于研究线性微波环境下的约瑟夫森结超导电路。该方法是基于一个精确的阻抗合成的微波环境被认为是一个黑盒子的阻抗函数Z（s）。合成的电路捕捉耗散动力学的系统与电阻耦合的电抗部分的电路在一个非平凡的方式。我们的电路和计算弛豫率以下以前的形式主义集总元件电路量化。直到拟合误差，我们的方法给出了系统及其损失的精确描述。
2014-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit theory for decoherence in superconducting charge qubits
基于对底层电路的网络图分析，导出了任意超导电荷量子比特的量子理论。用Caldeira-Leggett模型描述电路中的耗散元件，计算了电荷量子比特的退相干和泄漏率。分析包括由于耗散电路元件，如电压源或准粒子电阻的约瑟夫森结在电路中的退相干。本文提出的理论是超导磁通量子比特的量子线路理论的对偶。与自旋玻色子模型相比，考虑了量子比特的完整希尔伯特空间结构及其与耗散环境的耦合。此外，电路的自感和互感都被完全包括在内。
2005-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent control of microwave pulse storage in superconducting circuits
用于量子存储器的相干脉冲控制在光域中是可行的，但在微波量子线路中是新生的。我们展示了如何通过利用和扩展超导量子线路中现有的电磁感应透明技术，在超导电路中实现相干存储和按需脉冲恢复。我们的方案采用了一个线性阵列的超导人工原子耦合到微波传输线。
2012-12-20 quant-ph
Hybrid quantum circuits: Superconducting circuits interacting with other quantum systems
混合量子线路结合了两个或多个物理系统，目的是利用不同系统的优点和优势，以便更好地探索新现象，并可能带来新的量子技术。本文简要介绍了迄今为止在涉及原子、自旋和固态器件（包括超导和纳米机械系统）的混合电路领域所取得的进展。这些电路如何结合元素从原子物理学，量子光学，凝聚态物理，和纳米科学进行了讨论，并提出了不同的可能的方法，将各种系统集成到一个单一的电路。特别是，混合量子线路可以在芯片上制造，促进其未来的可扩展性，这对于构建未来的量子技术至关重要，包括量子探测器，模拟器和计算机。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Computational modeling of decay and hybridization in superconducting circuits
我们提出了一个框架，集成了经典的微波分析与电路量化的超导电路建模。我们的框架，使超导电路的有损本征模的计算，我们通过分析多路复用，珀塞尔过滤transmon读出架构相关的几个电路演示的方法。我们表明，由我们的方法得到的transmon弛豫时间同意建立近似$T_1 \approx C/\text{Re}[Y(iω_q)]$远离环境共振，并不消失的共振。我们还表明，在读出电路中的模式的杂交是非常敏感的Purcell滤波器的带宽。
2019-03-21 quant-ph
Symmetries and collective excitations in large superconducting circuits
电路的吸引力在于它们的模块化和易于制造。基于简单构建块的工具箱，电路提供了一个强大的框架，通过将电路元件组合成更大的网络来实现新的功能。模块化在多大程度上适用于量子线路是一个悬而未决的问题--量子电路是由超导材料制成的，其中电压和电流由量子物理定律控制。如果能够实现，较大电路网络中的量子相干性对于量子信息处理的进步具有巨大的潜力，包括对退相干的拓扑保护。在这里，我们提出的理论适合定量建模这样的大电路，并讨论其应用fluxonium设备。我们的方法利用电路所表现出的近似对称性，并使我们能够获得新的预测fluxonium设备的能谱，可以测试与当前的实验技术。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit Quantum Electrodynamics with a Superconducting Quantum Point Contact
在电路量子电动力学系统中考虑超导量子点接触。我们研究了三种不同的配置，可与当前的技术，量子点接触电流耦合到共面波导谐振器。此外，我们证明了强和超强耦合制度可以实现与现实的参数，允许超导量子点接触和量子化腔内场之间的相干交换。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Digital Quantum Rabi and Dicke Models in Superconducting Circuits
提出了利用电路量子电动力学对量子Rabi和Dicke模型进行模拟-数字量子模拟的方法。我们发现，所有的物理制度，特别是那些是不可能实现的典型腔QED设置，可以模拟通过酉分解成数字步骤。此外，我们显示的狄拉克方程动力学的量子拉比模型时，模式频率消失的出现。最后，我们分析了现实的超导电路场景下，这一建议的可行性。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Four-junction superconducting circuit
我们发展了一个量子电路的理论，该量子电路由一个被四个约瑟夫森结中断并被一个磁通量（静态的或随时间变化的）穿透的超导回路组成。除了与典型的三结通量量子比特在双阱制度的相似性，我们证明了四结电路从它的三结模拟的差异，包括它的优势，后者。此外，四结电路在单阱区也进行了研究。我们的理论提供了一个工具，以探索这种四结超导电路的物理特性。
2016-08-03 quant-ph
Digital Quantum Simulation of Spin Systems in Superconducting Circuits
我们提出了一个数字量子模拟器的原型自旋模型的电路量子电动力学架构的实现。讨论了在共面波导微波谐振器中对传输子量子比特的海森堡模型和受抑伊辛模型进行量子模拟的可行性。此外，我们分析了这些模型的时间演化，并比较理想的自旋动力学与现实版本的量子模拟器。最后，我们讨论了开发超导电路数字量子模拟器工具箱的关键步骤。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
CircuitQ: An open-source toolbox for superconducting circuits
我们介绍CircuitQ，这是一个用于分析Python实现的超导电路的开源工具箱。它的特点是一个符号的输入电路的哈密顿和动态数值表示的哈密顿与可变的基础选择的自动化建设。其他功能包括各种噪声机制下的电路状态的T1寿命的估计。我们回顾以前建立的电路量化方法，并制定它们的方式，有利于软件实现。然后通过将其应用于实际相关的量子位电路并将其与专业电路求解器进行比较来展示工具箱。我们的电路量化适用于来自大设计空间的电路输入，并且软件是开源的。因此，我们为量子信息处理应用的新量子线路的设计增加了重要的资源。
2022-09-28 quant-ph
Dynamics of an Ion Coupled to a Parametric Superconducting Circuit
超导电路和囚禁离子是量子信息处理的有前途的结构。然而，控制这些系统的固有频率--射频离子控制和微波域超导量子位控制--使它们之间的直接哈密顿相互作用变弱。在本文中，我们描述了一种技术，用于耦合一个被困离子的运动的基本模式的超导电路，通过施加到电路仔细调制的外部磁通量。与非线性元件（约瑟夫森结）结合，这为电路提供了有效的时间相关电感。然后，我们展示了如何调整外部通量，以产生电路和离子的运动模式之间的谐振耦合，并讨论了这种方法的局限性相比，使用随时间变化的电容。
2016-04-16 quant-ph
Floquet engineering in superconducting circuits: from arbitrary spin-spin interactions to the Kitaev honeycomb model
我们推导了一个理论，通过周期性的时间调制的单个量子比特或量子比特的相互作用，在超导电路中产生任意的自旋-自旋相互作用。在我们的方法中的调制频率是在微波或射频制度，使所需的领域可以产生与标准发电机。其中，我们的方法是适合于生成自旋晶格，表现出量子自旋液体的行为，如Kitaev的蜂窝模型。
2018-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Automated discovery of superconducting circuits and its application to 4-local coupler design
超导电路已经成为构建量子处理器的有前途的平台。设计电路的挑战是在实现一组性能指标与降低电路复杂性和噪声敏感性之间进行折衷。与此同时，人们需要探索一个大的设计空间，计算方法往往会产生很长的模拟时间。在这里，我们使用SCILLA自动化的电路设计任务，超导电路的自动发现软件。SCILLA执行并行化的闭环优化，以设计符合预定义属性（如频谱特征和噪声灵敏度）的电路图。我们利用它来发现超导通量量子比特的4-本地耦合器，并确定一个电路，该电路在耦合强度和噪声弹性方面优于现有的具有类似电路结构的方案。这项工作展示了自动发现如何促进量子信息处理的复杂电路架构的设计。
2020-03-20 quant-ph
Enumeration of all superconducting circuits up to 5 nodes
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；The University of Melbourne（墨尔本大学）
本文枚举了所有不超过5个节点的非线性超导电路，通过哈密顿类分类编目设计空间，并基于三节点电路搜索新型量子比特，为电路设计提供起点。
2026-09-21 quant-ph
Maxwell's demon in superconducting circuits
本文概述了基于超导电路的量子力学麦克斯韦恶魔的第一个实验实现。这些实验的主要结果被召回，并放入上下文。我们强调超导电路研究量子热力学的多功能性。
2019-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable non-Hermitian qubit-qubit Coupling in Superconducting quantum Circuit
该研究提出在超导量子电路中通过高损耗谐振器实现可控非厄米耦合，可调谐能级吸引、奇异点位置及非互易性，为探索非常规量子效应提供新方法。
2024-12-17 quant-ph
Ternary Metal Oxide Substrates for Superconducting Circuits
衬底材料缺陷和表面损耗是限制超导量子电路达到构建实用量子计算机所需的规模和复杂性的主要因素之一。实现超导量子器件更高相干性的一个潜在途径是探索新的衬底材料，该材料由于固有的不同表面化学性质而具有降低的缺陷密度。在这里，我们研究两个三元金属氧化物材料，尖晶石（MgAl2O4）和铝酸镧（LaAlO3），重点是表面和界面的表征和制备。在LaAlO3上制造的器件具有比早期器件高三倍的品质因数，这归因于界面无序的减少。MgAl2O4是超导量子器件领域的一种新材料，即使在存在显著表面无序的情况下，也始终优于LaAlO3。我们的研究结果强调了材料探索，衬底制备和表征的重要性，以确定适合高性能超导量子电路的材料。
2022-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Basic protocols in quantum reinforcement learning with superconducting circuits
University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学）
超导电路技术最近实现了涉及闭环反馈回路的量子协议。量子人工智能和量子机器学习是量子技术中的新兴领域，可以使量子设备从外部世界获取信息并通过学习过程进行自我改进。在这里，我们提出了量子强化学习中基本协议的实现，超导电路采用反馈回路控制。我们介绍了不同的情况下，与国家的最先进的超导电路技术的原理验证实验，并分析其存在的缺陷的可行性。用超导电路实现的量子人工智能领域为增强的量子控制和量子计算协议铺平了道路。
2017-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con cs.AI
A Superconducting 180° Hybrid Ring Coupler for circuit Quantum Electrodynamics
超导电路量子电动力学实验与传播微波需要设备作为分束器。采用硅衬底和蓝宝石衬底上的铌薄膜制作了中心频率为6 GHz的超导180°微带混合环形耦合器。对于耦合和隔离的幅度，我们发现在2GHz的带宽中分别为-3.5+/-0.5dB和至少-15dB。我们还研究了反射的效果在超导体正常导体接触的低温激光扫描显微镜。我们的测量结果表明，我们的混合环非常适合在电路量子电动力学实验芯片上的应用。
2010-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
A controllable two-qubit swapping gate using superconducting circuits
在本文中，我们研究了一个线性的量子比特链，并确定它可以被配置成一个有条件的双量子比特交换门，其中链的第一个和最后一个量子比特是交换的量子比特，其余的中间辅助量子比特控制门的状态。交换门根据初始状态在最终状态上引入不同的相位。特别是，我们专注于四个量子位的链，并显示它实现的交换门。我们模拟的链与现实的参数，和退相干噪声和泄漏到更高的激发态，并找到一个平均保真度约为0.99。我们提出了一个超导电路，实现这个链的量子位，并提出了电路的电路设计。我们还讨论了如何操作超导电路，使门的状态可以控制。最后，我们讨论了如何电路可以直接改变，并可用于模拟具有非平凡拓扑性质的哈密顿算子。
2019-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Multi-frequency control pulses for multi-level superconducting quantum circuits
超导量子线路，例如超导相位量子位，具有多个量子态，其可以干扰理想量子位操作。从理论上探讨了利用多状态系统的能量差谐振的多频率控制脉冲。一种分析方法来设计这样的控制脉冲的开发，使用的Floquet方法的推广到多个频率控制。该方法适用于优化超导量子比特和量子比特的控制，并被发现是在良好的协议与时间相关的数值模拟。
2009-09-08 quant-ph
Efficient modeling of superconducting quantum circuits with tensor networks
我们引入一个有效的张量网络工具箱来计算大规模超导量子线路的低能量激发，达到所需的精度。我们基准的fluxonium量子比特，超导量子线路的基础上的约瑟夫森结阵列超过一百结的算法。作为这个数值工具提供的可能性的一个例子，我们计算由于电荷噪声和相干量子相位滑移的fluxonium量子比特的纯退相相干时间，考虑到阵列自由度对应于大到$~15^{180}$的希尔伯特空间。我们的算法适用于各种各样的电路QED系统，并可能是一个有用的工具，按比例放大超导量子比特技术。
2019-12-02 quant-ph
Operating quantum waveguide circuits with superconducting single-photon detectors
先进的量子信息科学和技术（QIST）应用对光学元件提出了严格的要求。量子波导电路提供了一种在芯片上实现可扩展QIST的途径。超导单光子探测器（SSPD）提供红外单光子灵敏度，结合低暗计数和皮秒定时分辨率。在这项研究中，我们将这两种技术结合在一起。在\lamda = 804 nm的硅基波导定向耦合器中，使用SSPD，我们观察到92.3 \pm 1.0%的双光子干涉可见度，高于用硅探测器测量的可见度（89.9 \pm 0.3%）。我们进一步用SSPD操作受控非门和量子精密测量电路。这些演示为电信波长量子波导电路提供了一条清晰的道路。
2010-03-24 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Superfluid-Mott-insulator transition in superconducting circuits with weak anharmonicity
从理论上研究了含有弱非谐性在位超导量子比特的二维超导电路阵列的基态性质。特别地，我们分析了这种非谐性对莫特绝缘体到超流量子相变的影响。在平均场近似下给出了完整的基态相图。有趣的是，SQs的非谐性对Mott瓣的影响很大，当非谐性为零时，单激励Mott瓣消失。研究结果可用于指导基于超导电路的量子模拟的实现，超导电路具有良好的集成性和灵活性。
2017-12-19 quant-ph
DEC-QED: A flux-based 3D electrodynamic modeling approach to superconducting circuits and materials
该研究提出计算方法DEC-QED，基于离散外微分空间粗粒化公式，可在任意三维电磁环境中准确建模含约瑟夫森结的超导电路电动力学，捕捉相关超导现象与动力学，其规范不变表述适用于二次量子化，助力超导器件设计。
2023-04-16 cond-mat.supr-con physics.comp-ph quant-ph
Quantum chemistry and charge transport in biomolecules with superconducting circuits
我们提出了一个有效的协议，数字量子模拟的量子化学问题和增强的数字-模拟量子模拟的生物分子与超导电路的传输现象。沿着这些思路，我们通过Trotter-Suzuki分解和Jordan-Wigner变换，对具有单量子比特和双量子比特门的分子结构的费米子模型进行了最佳数字化。此外，我们解决了涉及玻色子自由度与数字模拟方法的生物分子的系统-环境相互作用的建模。最后，我们考虑门截断的量子算法，以允许环境影响的研究。
2016-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Variational tight-binding method for simulating large superconducting circuits
我们推广固态紧束缚技术的频谱分析的大型超导电路。我们发现紧束缚态比电荷基态更适合于近似低能激发，如电流镜电路的有趣例子所示。紧束缚的使用可以显着降低收敛到真实谱所需的希尔伯特空间维数，并允许精确模拟电荷基对角化无法达到的较大电路。
2021-04-29 quant-ph
Superluminal Physics with Superconducting Circuit Technology
我们介绍了一个工具箱的量子模拟的超光速运动与超导电路。我们表明，它是可能的，以超过光速的电磁介质中的恒定速度和随后的金斯堡辐射的发射模拟超导量子比特的运动。我们认为，以及可能的设置模拟超光速运动的镜子，发现一个链接与超辐射相变的迪克模型。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con hep-th
Rabi oscillations in a superconducting nanowire circuit
研究了非简谐超导纳米线振荡器的电路量子电动力学。样品电路由一个电容并联纳米线的宽度约为20 nm和一个变化的长度高达350 nm，电容耦合到一个片上谐振器。通过施加微波脉冲，我们观察拉比振荡，测量相干时间和电路的非谐性。尽管非常紧凑的设计，简单的自上而下的制造和高度的无序的氧化（颗粒状）铝材料中使用，我们观察到的寿命在微秒范围内。
2020-03-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electromagnetically induced acoustic transparency with a superconducting circuit
本文报道了将超导人工原子耦合到一维声表面波传输线上的机械场的电磁感应透明现象。电磁微波驱动器被用作控制场，使得超导transmon量子比特对声学探测束透明。由于上能级的弛豫被抑制，声耦合的强频率依赖性使得EIT能够处于梯形配置。我们的研究结果表明，超导电路可以被设计成与声场的参数制度不容易访问纯电磁系统。
2020-06-23 quant-ph
Quantum interference in heterogeneous superconducting-photonic circuits on a silicon chip
量子信息处理为有效地通信和计算数据提供了巨大的希望。然而，将当前的光子实现方法扩展到更大的系统尺寸仍然是实现破坏性量子技术的一个突出挑战。量子信息处理器的两个主要组成部分是量子干涉和单光子探测器。在这里，我们开发了一个混合超导光子电路系统，以显示这些元素可以在硅芯片上以可扩展的方式组合。我们证明了这种方法的适用性集成量子光学干涉和检测光子对直接在芯片上波导耦合单光子探测器。使用氮化硅纳米光子波导实现的定向耦合器，我们观察到97%的干涉可见度时，测量光子统计与两个单片集成的超导单光子探测器。光子电路和探测器的制造工艺与标准的半导体薄膜技术兼容，使得在硅芯片上实现更复杂和更大规模的量子光子电路成为可能。
2015-11-22 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits
从量子真空中产生粒子的能力是海森堡不确定原理最深刻的结果之一。虽然真空涨落的重要性在物理学中随处可见，但真空放大效应的实验实现到目前为止仅限于少数情况。在实现可行的量子计算机这一目标的推动下，超导电路器件已被用于动态卡西米尔效应的实验演示，并可能很快能够实现模拟霍金辐射的难以捉摸的验证。本文介绍了从量子真空中产生光子的几种机制，并强调了它们与量子光学中著名的参量放大器的联系。详细讨论了每种机制或其类似物在超导电路系统中的可能实现。选择性地设计这些电路器件的能力突出了各种放大机制之间的关系。
2012-01-12 cond-mat.supr-con gr-qc quant-ph
Light-Matter Interaction in dispersive Superconducting Circuit QED
针对电路 QED 量子化模型忽视超导能隙附近色散的问题，提出纳入频率依赖表面阻抗的量子化方法，揭示超导色散会影响有效光–物质相互作用截止。
2025-05-15 quant-ph
Moving beyond the transmon: Noise-protected superconducting quantum circuits
由超导电路实现的人造原子提供了以高保真度存储和处理量子信息的独特机会。其中，利用本征噪声保护的电路的实现近年来得到了迅速发展。这些噪声保护器件构成了一类新的量子比特，其中计算状态在很大程度上与本地噪声通道解耦。工程设计此类系统的主要挑战是同时防止位翻转和相位翻转错误，并确保高保真量子位控制。虽然部分噪声保护在依赖于单个量子自由度的超导电路中是可能的，但是完全保护的承诺只能通过实施多模或混合电路来实现。这一观点回顾了这些新量子比特核心的理论原理，描述了最近的实验，并强调了超导量子比特中量子信息的鲁棒编码的潜力。
2021-06-18 quant-ph
Digital-analog quantum simulation of generalized Dicke models with superconducting circuits
我们提出了一个数字模拟的量子模拟的广义Dicke模型与超导电路，包括费米玻色凝聚，偏置和脉冲Dicke模型，所有制度的轻物质耦合。我们编码这些类的问题，在一组超导量子比特耦合玻色子模式实现的传输线谐振器。通过数字模拟技术，可以在最先进的电路量子电动力学平台中通过数字步骤适当地分解成模拟量子比特玻色子块和集体单量子比特脉冲来执行有效的量子模拟。此外，在大多数情况下，在整个协议期间只需要一个全局模拟块，叠加快速周期性脉冲来旋转和失谐量子位。因此，利用这种方法可以获得大量的数字步长，从而提供减少的数字误差。此外，每个数字步骤的门的数量不会随着量子位的数量而增长，从而使模拟高效。这一策略铺平了道路，可扩展的数字模拟量子模拟的多体动力学，包括玻色子模式和自旋自由度与超导电路。
2017-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Decoherence of the flux-based superconducting qubit in an integrated circuit environment
超导的、基于磁通量的量子比特是构建大规模量子计算机的有希望的候选者。我们提出了一个明确的量子力学计算的相干行为的通量为基础的量子比特在嘈杂的实验环境中，如一个集成电路包含偏置和控制电子。我们表明，非热噪声源，如偏置电流波动和磁耦合到附近的主动控制电路，将导致退相干的基于磁通量的量子比特的时间尺度上的最近的实验相干时间测量。
2003-04-04 quant-ph
