Proposal for generating complex microwave graph states using superconducting circuits
微波光子图态为利用微波光子在远程超导芯片之间进行稳健的量子通信提供了一种很有前途的方法。最近，Besse等人[Nat. Commun. 11，4887（2020）]证明了可以使用两个transmon量子比特生成1D图形状态。在本文中，我们提出使用transmon量子比特结合其他微波器件来构造更复杂的图态。具体来说，我们考虑2D晶格和树状图状态。我们比较了使用固定频率与可调频率transmon量子比特以及不同光子量子比特编码的性能。在每种情况下，我们估计的保真度，假设当前的实验参数，并确定限制性能的主要因素所产生的微波图形状态。
2022-01-03 quant-ph
Coherent interface between optical and microwave photons on an integrated superconducting atom chip
本文提出利用单层亚波长原子阵列作为可切换镜面，在集成超导芯片上实现光学光子与微波光子的相干接口，通过驱动激光耦合里德堡态，利用微波光子的存在与否控制原子阵列对入射光脉冲的透明或反射状态。
2023-05-05 quant-ph
A cryogenic on-chip microwave pulse generator for large-scale superconducting quantum computing
本文提出一种低温片上微波脉冲发生器，由数字信号驱动，在毫开尔文温度下产生可控脉冲微波，实现超导量子比特高保真读出，为大规模超导量子计算提供兼容且低热负载的使能技术。
2024-07-16 quant-ph
Highly efficient microwave storage and retrieval using a superconducting chiral $Λ$-type molecule
National Central University（国立中央大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）
研究基于超导人工手性分子的高效宽带微波存储与检索方案，通过优化参数耦合，在100MHz带宽内实现近100%存储效率与保真度，为实现与宽带量子网络兼容的微波量子存储器提供可行途径。
2026-07-15 quant-ph
Quantum entanglement generation on magnons assisted with microwave cavities coupled to a superconducting qubit
我们提出了在由钇铁石榴石（YIG）球、微波腔和超导（SC）量子比特组成的混合系统中，在非定域磁振子上产生量子纠缠的方案。在该方案中，YIG以谐振方式耦合到相应的微波腔，SC量子比特被放置在腔的中心，同时与腔相互作用。通过交换虚光子，腔可以在远失谐区间接相互作用。详细的协议，提出了建立纠缠的两个，三个和任意的$N$磁振子与合理的结晶度。
2023-01-14 quant-ph
High-efficiency microwave-optical quantum transduction based on a cavity electro-optic superconducting system with long coherence time
微波和光子之间的频率转换是在超导量子处理器之间建立联系和实现分布式量子网络的关键技术。我们提出了一个微波-光学转换平台的基础上长相干时间超导射频（SRF）腔耦合到电光光学腔，以减轻损失机制，限制实现高转换效率。在设计中，我们优化了微波-光场重叠和光耦合损耗，同时在毫开尔文温度下实现了长的微波和光子寿命。这表示在140 $μ$ W的泵浦功率下，对应于少光子量子状态，转导效率显著提高高达50%。此外，该方案具有高分辨率的光学读出的色散位移所引起的超导transmon量子比特耦合到SRF腔。我们还表明，两个远程量子系统之间的预示纠缠产生的保真度增强的低微波损耗。最后，量子传感中的高精度可以在标准量子极限以下达到。
2022-06-30 quant-ph
Quantum Microwave Radiometry with a Superconducting Qubit
利用光子与相干量子系统的相互作用，可以灵敏地探测电磁辐射。介绍了一种基于超导量子比特光子诱导退相过程的量子辐射计，用于在亚单位光子水平上探测微波辐射。利用该辐射计，我们演示了1-K微波谐振腔的辐射冷却，并测量了其模温，测量不确定度为~0.01 K。我们由此开发了一种研究量子微波电路热力学的精确工具，为校准混合量子系统和探测暗物质候选粒子提供了新的解决方案。
2019-09-27 quant-ph
Microwave Package Design for Superconducting Quantum Processors
具有微波范围内的跃迁频率的固态量子比特，例如超导量子比特，处于量子信息处理的最前沿。然而，即使是在中等规模下，超导量子比特的高保真度，同时控制仍然是一个挑战，部分原因是这些设备包装的复杂性。在这里，我们提出了一种方法，微波封装设计的材料选择，信号线工程和杂散模式抑制为重点。我们描述的设计准则验证使用模拟和测量用于开发一个24端口微波封装。分析量子位环境显示，在11GHz以下没有杂散模式。材料和几何设计选择使封装能够支持寿命超过350 μs的量子位。这里提出的微波封装设计指南解决了许多与近期量子处理器相关的问题。
2021-02-24 quant-ph
Microwave to optical conversion with atoms on a superconducting chip
我们描述了一个方案，相干转换超导共面波导谐振腔的微波光子到一个明确定义的时间和空间模式发射的光子。这种转换是通过在超导原子芯片的表面上方，靠近微波腔的波腹处捕获冷原子系综来实现的。微波光子耦合到原子的强里德伯跃迁，该原子也由具有适当频率和波矢的一对激光场驱动，以进行有效的波混合过程。在中等密度的系综中只有几千个原子的情况下，微波光子可以完全转换成以高概率发射到相位匹配方向的光学光子，并且例如，馈入光纤波导。该方案在自由空间配置中操作，而不需要原子与谐振光学腔的强耦合。
2019-07-24 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
All-microwave manipulation of superconducting qubits with a fixed-frequency transmon coupler
本文提出利用固定频率 transmon 耦合器的三阶非线性在微波驱动下实现数据量子比特间交换相互作用，并据此实现高效、低残余相互作用的 all-microwave controlled-Z 门。
2023-08-06 quant-ph
Tunable pulse delay and advancement in a coupled nanomechanical resonator-superconducting microwave cavity system
从理论上研究了强泵浦场作用下弱探测场在纳米机械谐振腔-超导微波腔耦合系统中的传输。利用标准的输入输出理论，我们发现，只要抽运场与腔共振的失谐量适当，在这种耦合系统中，探测场既可以出现脉冲延迟（慢光效应），也可以出现脉冲超前（快光效应）。延迟（提前）的幅度可以通过调节泵浦场的功率来连续调谐。该技术在微波移相器、延迟线等方面具有很大的应用潜力。
2010-12-16 quant-ph
Delayed creation of entanglement in superconducting qubits interacting with a microwave field
研究了微波场作为磁通量作用下超导电荷量子比特的内禀退相干所起的作用。我们研究了如何诱导纠缠的延迟产生，这与纠缠的突然死亡相反。在考虑腔场的耗散和结混合态的情况下，计算了粒子数反转、总关联和纠缠的时间演化。我们表明，虽然退相干破坏了结和场的相关性，初始状态的信息可以通过准概率分布函数获得。
2009-04-28 quant-ph
Flexible Integration of Gigahertz Nanomechanical Resonators with a Superconducting Microwave Resonator using a Bonded Flip-Chip Method
本研究提出电流键合倒装芯片方法，实现吉赫兹纳米机械谐振器与可调超导微波谐振器的强耦合，在低温下获得约15 MHz耦合强度，为可即插即用的复杂杂化量子系统架构奠定基础。
2023-04-26 quant-ph
A superconducting detector that counts microwave photons up to two
我们提出了一种微波光子探测器，它可以区分真空态、单光子态和两个或多个光子的态。它的工作原理是基于双光子跃迁在一个偏置的约瑟夫森结和检测发生时，它从超导切换到正常状态。我们对探测器进行理论建模。该检测器在几微秒内执行超过90%的成功概率。它对8.2GHz的光子敏感。工作频率可以在设计阶段设置在约1GHz至20GHz的范围内。
2020-03-10 quant-ph
Design of an on-chip superconducting microwave circulator with octave bandwidth
我们提出了一种设计的超导，片上环行器组成的动态调制转换开关和延迟。设计目标是为超导量子比特的多路复用读出。该器件的模拟表明，它允许在2.3 GHz的瞬时带宽上实现低损耗循环（插入损耗< 0.35 dB and isolation >20 dB）。由于该器件在高达-65 dBm的输入功率下估计是线性的，因此该设计将先前超导环行器的带宽和功率处理提高了50倍以上，使其成为与宽带量子限制放大器集成的理想选择。
2018-09-24 quant-ph
High-Throughput Microwave Package for Precise Superconducting Device Measurement
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
本文提出一种无焊线、无印刷电路板的微波封装，用于高吞吐量测量超导量子器件的损耗特性，提升超导量子比特性能和表面钝化研究。
2025-12-20 quant-ph
Generating Multimode Entangled Microwaves with a Superconducting Parametric Cavity
在这封信中，我们证明了多模纠缠态的传播微波的产生。纠缠态是通过参数泵浦多模超导腔产生的。通过组合不同的泵浦频率，同时施加到设备上，我们可以以可编程的方式产生不同的纠缠结构。通过测量模式的全协方差矩阵，充分表征了高斯输出状态。协方差矩阵的绝对校准使用原位微波校准源，一个散粒噪声隧道结。应用各种纠缠的措施，我们证明了完全的不可分性和真正的三重纠缠的状态。我们的方法很容易扩展到更多的模式。
2018-04-05 quant-ph
Microwave Crosstalk in Planar Superconducting Quantum Devices
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）
本文通过识别导致强串扰的两种结构并建立定量物理模型，解释了平面超导量子器件中的微波串扰，为低串扰器件布局提供了设计指导。
2026-06-01 quant-ph
On-Demand Storage and Retrieval of Microwave Photons Using a Superconducting Multiresonator Quantum Memory
一种能够忠实地存储量子态并根据需要恢复量子态的量子存储器在量子信息科学中有着广泛的应用。与基于超导量子线路的量子处理器一起工作的微波区域中的高效量子存储器可以作为量子计算机的重要架构。在这里，我们实现了按需存储和检索弱相干微波光子脉冲在单光子水平。我们实现了一个超导多谐振腔量子存储器，它是由一组频率可调的共面传输线（CPW）谐振器。通过动态调谐谐振器的谐振频率，我们实现了从10 MHz到55 MHz的可调存储器带宽，整体存储效率高达12%，并保持良好的相位相干性。我们进一步展示了按需存储和检索的时间仓飞行量子位。这一结果为我们将基于芯片的量子存储器与最先进的超导量子线路技术结合起来进行量子信息处理开辟了前景。
2021-11-10 quant-ph
Passive microwave circulation on a superconducting chip
针对超导量子电路中微波环形器体积庞大难以集成的问题，研究人员在超导芯片上实现了由三个隧道耦合超导岛构成、仅需直流控制的无源片上微波环形器，测得其具备良好的非互易散射性能与200 MHz带宽。
2023-08-28 quant-ph
Realization of microwave amplification, attenuation, and frequency conversion using a single three-level superconducting quantum circuit
利用不同的强驱动场和弱探测场结构，我们发现只需一个三能级超导量子线路（SQC）就足以实现微波场的放大、衰减和频率转换。这样的三能级SQC必须具有$Δ$型循环跃迁。与非线性光学介质中的参量放大（衰减）和频率转换不同，三能级SQC的实能级参与了这些过程完成时的能量交换。我们定量地讨论了不同类型驱动场的放大（衰减）效应和频率转换效应。获得了实现最大放大（衰减）和转换效率的最佳点。该研究为微波放大（衰减）、频率转换提供了一种新的方法，同时也为利用单三能级SQC产生单光子态或纠缠微波光子态奠定了基础。
2016-12-01 quant-ph
One-step implementation of entanglement generation on microwave photons in distant 1D superconducting resonators
我们提出了一种可扩展的基于量子总线的装置，用于在远距离超导谐振器（SR）中产生微波光子（MP）纠缠。与以往的处理器中多个谐振器耦合到超导量子比特（SQ）不同，我们的装置由多个一维谐振器$r_j$组成，它们在不同位置简单地耦合到量子总线（另一个公共谐振器$R$），并辅以超导量子干涉仪装置。通过在一维随机共振器中捕获和释放MP态的技术，它可以作为纠缠发生器或量子通信中的节点。为了证明该器件的性能，我们提出了一个一步方案，在两个遥远的SR的MP上产生高保真的贝尔态。它工作在$r_j$和$R$的色散区，这使我们能够扩展它，以同时在不同的谐振腔对上产生高保真度的多Bell态。
2015-08-01 quant-ph
Spurious microwave crosstalk in floating superconducting circuits
串扰是大规模量子计算实现中的一个主要问题，因为它会降低量子位寻址的性能并导致门错误。找到串扰的起源和分离不同通道的贡献是找出串扰缓解方案的必要前提。在这里，通过对两个耦合的浮置transmon量子比特进行电路分析，我们证明，即使杂散耦合，例如，在量子位与其附近量子位的驱动线之间的微波串扰不存在时，由于寄生串扰信道的存在，量子位之间的微波串扰可能仍然存在。该通道由自由模式产生，自由模式由transmon量子比特的浮动结构支持，即，每个量子位的两个超导岛与地面没有电流连接。对于各种几何布局的浮动transmon量子比特，我们给出了微波串扰的贡献，从寄生通道，并表明，这个通道可以成为一个性能限制因素，在量子比特寻址。该研究可为通过设计量子比特电路抑制浮动超导量子比特间的微波串扰提供指导。
2022-06-22 quant-ph
Microwave Quantum Link between Superconducting Circuits Housed in Spatially Separated Cryogenic Systems
超导电路是实现量子计算系统的有力竞争者，也被成功地用于研究量子光学和混合量子系统。然而，它们的低温操作温度和目前缺乏保持相干性的微波到光学转换解决方案，阻碍了超导量子网络跨越不同低温系统或更大距离的实现。在这里，我们报告的低温波导相干连接transmon量子位位于两个稀释冰箱分开的物理距离为5米的成功操作。我们在这个基本网络的两个节点之间传输量子比特态并按需产生纠缠，平均传输和目标态的正确率分别为85.8%和79.5%。低温微波链路确实提供了一个机会，可以扩大量子计算系统的规模，并在至少几十米的长度尺度上创建局域量子通信网络。
2020-08-04 quant-ph
Superconducting switch for fast on-chip routing of quantum microwave fields
能够在低温下路由微波信号的开关是应用物理学的许多领域中的最先进实验的期望组件，包括但不限于工程量子系统中的量子信息处理、通信和基础研究。传统的机械开关提供低插入损耗，但通过散热干扰稀释低温恒温器的操作和相关实验。基于半导体或微机电系统的开关具有较低的热预算，但不容易与当前的超导电路集成。在这里，我们设计和测试的片上开关相结合的可调谐传输线谐振器与微波分束器。该装置是超导的，因此耗散的热量可以忽略不计。它与当前的超导电路制造技术兼容，以超过$100\,\mathrm{MHz}$的带宽工作，能够处理$10^{5}\,μ\mathrm{s}^{-1}$量级的光子通量，相当于超过$-90\,\mathrm{dBm}$的功率，并且可以在大约$6-8\,\mathrm{ns}$内切换。我们成功地证明了该设备在量子制度的操作，通过将其集成在一个芯片上的单光子源，并使用它来路由非经典巡回微波场在单光子水平。
2016-06-03 quant-ph
Slowing and Storing Microwaves in a Single Superconducting Fluxonium Artificial Atom
National Tsing Hua University（国立清华大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）；Taiwan Semiconductor Research Institute（台湾半导体研究所）
利用单个Fluxonium量子比特在微波波导中实现EIT实验，展示光速减缓和光子存储，为超导电路中的量子通信提供新可能。
2025-12-15 quant-ph
Thermalization of a flexible microwave stripline measured by a superconducting qubit
本文利用超导fluxonium量子比特表征集成60 dB衰减的柔性微波带状线热化性能，测得低光子残余、0.28 ms热化时间及26.4 mK有效温度，证明其可媲美传统同轴电缆。
2024-10-01 quant-ph
Superconducting quantum node for entanglement and storage of microwave radiation
超导电路和微波信号是实现量子网络的良好候选者，量子网络是量子计算机的骨干。我们实现了一个基于三维微波超导腔的量子节点，该腔通过约瑟夫森环调制器与传输线参数耦合。我们首先展示了时间控制的捕获，存储和检索的最佳形状的传播微波场，效率高达80%。然后，我们展示了第二个基本的能力，这是一个纠缠态分布在节点和微波通道之间的定时控制的产生。
2015-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
The scattering coefficients of superconducting microwave resonators: II. System-bath approach
本文描述了一种统一的量子方法来分析各种几何形状的超导微波谐振器的散射系数。我们还将该方法推广到具有时间延迟的谐振腔链，并揭示了几个类似于光子晶体的输运性质。结果表明，量子和经典分析提供了一致的结果，它们共同揭示了不同的衰减和退相干机制在一个普通的微波谐振腔。这些结果为理解微波谐振器网络的散射谱奠定了坚实的基础，并为超导微波谐振器在复杂电路中的应用铺平了道路。
2022-02-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Entangling a nanomechanical resonator and a superconducting microwave cavity
我们提出了一个方案，能够纠缠在稳态的纳米机械谐振器与驱动超导共面波导的微波腔模式。纳米机械谐振器与波导的中心导体电容耦合，并且可以在高达数十毫开尔文的温度下实现静态纠缠。
2007-10-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Compact Itinerant Microwave Photonics with Superconducting High-Kinetic Inductance Microstrips
微波光子学是一个非常强大的量子模拟和技术系统，但它在超导电路中的集成，在许多方面的优势，是由长波长和阻抗失配在这个平台上的限制。我们介绍了一个解决这些困难的方案，通过紧凑的网络的高动力学电感微带波导和耦合线，大大降低相速度。我们展示了超导微波光子学在路由，仿真和广义线性和非线性网络方面的宽带能力。
2021-12-23 physics.app-ph quant-ph
Gain-assisted superluminal microwave pulse propagation via four-wave mixing in superconducting phase quantum circuits
研究了微波场在超导相位量子线路中实现的四能级级联量子系统中的传播和放大。结果表明，通过增加系统的泵浦频率，系统的正常色散转变为反常色散，从而获得增益辅助的超光速微波传输。此外，还证明了受激微波场是通过四波混频产生的，系统能级没有任何反转布居（无反转放大），并且所产生脉冲的群速度可以通过外部振荡磁通量来控制。我们还证明了在某些特定的参数下，超导相位量子线路系统可以实现无吸收超光速微波传输。
2015-02-23 physics.optics quant-ph
Hybrid Atom--Photon Quantum Gate in a Superconducting Microwave Resonator
利用超导共面波导腔中原子和微波光子之间的强共振微波耦合，提出了一种新的混合量子门.使用实验上可实现的参数，对于低于40 mK的波导温度，在亚$μ$ s的时间尺度上，门结晶度$> 0.99$是可能的。这提供了在两个不同的量子系统之间产生纠缠的机制，并且代表了创建适用于量子模拟和量子信息处理的混合量子接口的重要步骤。
2013-12-18 physics.atom-ph quant-ph
On-chip superconducting microwave circulator from synthetic rotation
我们分析了一个潜在的替代技术的商业铁氧体环行器，是无处不在的当代量子超导微波实验的设计。无损集总元件设计能够与其他超导微波器件集成在芯片上，从而规避了铁氧体环行器的许多性能限制方面。该设计基于直流超导微波量子干涉器件（SQUID）的动态调制，该器件用作近线性可调谐电感器。与熟悉的铁氧体基循环器的连接是内部动力学运动方程中的简单帧提升。除了一般的，原理图分析，我们还给出了一个概述的许多必要的考虑因素，以实现一个实际的设计与可调的中心频率在4-8 GHz的频带，带宽为240 MHz，反射在-20 dB的水平，和最大信号功率约为100微波光子每反向带宽。
2015-02-21 cond-mat.supr-con quant-ph
A simple all-microwave entangling gate for fixed-frequency superconducting qubits
我们在超导量子比特上实现了一个全微波双量子比特门，量子比特的频率固定在最佳偏置点上。该门不需要额外的子电路，并且可以通过一个量子位在另一个量子位的跃迁频率上的微波辐射幅度来调谐。我们使用该门产生纠缠态，最大提取并发度为0.88，量子过程层析成像显示门保真度为81%。
2011-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information processing with superconducting qubits in a microwave field
本文研究了在非经典微波场中具有超导环的库珀对盒的量子动力学。我们证明了单光子和多光子过程中拉比振荡的存在，并提出了一种新的基于微波耦合约瑟夫森量子比特的量子计算方案（包括1比特和条件2比特门）.
2003-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
The scattering coefficients of superconducting microwave resonators: I. Transfer-matrix approach
我们描述了一个统一的经典方法来分析超导微波谐振器的散射系数与各种几何形状。为了填补实验和理论之间的差距，我们还考虑了小电路的不对称性和馈线的有限长度的影响，并描述了一个程序，以纠正他们在典型的测量结果。我们表明，类似的衣架型谐振器的透射系数，项链或桥式谐振器的反射系数也包含一个参考点，它可以用来表征微波谐振器的电性能在一个单一的步骤。我们的研究结果提供了一个全面的了解超导微波谐振器的设计概念的表征细节。
2022-02-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Investigating microwave loss of SiGe using superconducting transmon qubits
硅锗（SiGe）是一种具有从晶体管到电光调制器和量子点的多种应用的材料。SiGe的不同性质也使其对涉及超导量子计算的实现具有吸引力。在这里，我们演示了在SiGe层上制作transmon量子比特，并研究了SiGe在低温和单光子微波功率下的微波损耗特性。我们发现弛豫时间高达100 $μ$ s，对应的品质因数Q大于4 M的大垫transmons。获得的高Q值表明SiGe/Si异质结构与超导量子线路的现有技术性能兼容。
2021-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave photonics with superconducting quantum circuits
在过去的20年里，超导量子线路在实验和理论上都取得了令人瞩目的进展，它为操纵微波光子提供了一个平台。微波光子学和量子信息处理中的许多新现象推动了超导量子微波电路这一新兴领域的发展。例如，超导量子线路与单个微波光子之间的相互作用可以达到强耦合、超强耦合甚至深强耦合。许多高阶效应，不寻常的和不太熟悉的传统腔量子电动力学与自然原子，已被实验观察到，例如，巨克尔效应、多光子过程和单原子引起的微波光子双稳态。这些发展可能会导致更好地理解量子力学的反直觉性质，并加快从微波光子学到超导量子信息处理的应用。本文综述了超导量子线路在微波光子学中的实验和理论进展。我们希望这次全球审查能够为这个快速发展的领域提供有用的路线图。
2017-10-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable quantum gate between a superconducting atom and a propagating microwave photon
我们提出了一个在超导原子和传播的微波光子之间的双量子比特量子逻辑门。原子量子比特在其最低的两个级别上编码，光子量子比特在其载波频率上编码。门操作在光子反射时确定性地完成，并且通过驱动场的{ \it in situ}控制来实现各种双量子位门（SWAP、$\sqrt{\rm SWAP}$和Identity）。所提出的门适用于超导原子网络的构建，这使得非相邻原子之间的门操作成为可能。
2016-10-07 cond-mat.supr-con quant-ph
High Fidelity Qubit Readout with the Superconducting Low-Inductance Undulatory Galvanometer Microwave Amplifier
描述了基于超导低电感波动电流计（SLUG）的微波放大器对超导量子比特的高保真色散测量。与最先进的HEMT放大器相比，SLUG放大器的增益达到19 dB，信噪比提高9 dB。我们证明了在700 ns的分离保真度为99%相比，59%的HEMT单独。SLUG显示了大的动态范围，输入饱和功率对应于读出腔中的700个光子。
2013-12-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Materials loss measurements using superconducting microwave resonators
用于量子计算的超导电路的性能受到材料损耗的限制。特别是，相干时间通常由单光子功率和毫开尔文温度下的两能级系统（TLS）损耗限制。低损耗制造技术、材料和薄膜封装的识别对于实现超导量子计算的可扩展架构至关重要。超导微波谐振器为评估性能和研究TLS损耗以及与超导电路相关的其他机制（诸如非平衡准粒子和磁通量涡旋）提供了方便的量子比特代理。在这篇评论文章中，我们提供了一个概述的考虑因素，设计精确的谐振器实验，以表征损失，包括适用类型的损失，低温设置，设备设计，以及提取材料和接口损失的方法，总结技术已经发展了二十多年。还总结了各种材料和工艺的测量结果。最后，我们提出了建议，超导微波谐振器的损耗数据的报告，以促进材料的比较在整个领域。
2020-09-21 physics.app-ph quant-ph
Microwave-activated conditional-phase gate for superconducting qubits
我们引入了一个新的纠缠门之间的两个固定频率的量子位静态耦合通过微波谐振器总线，它结合了以下理想的品质：全微波控制，可观的量子位分离，减少串扰和泄漏错误，并能够作为一个两个量子位条件相位门。在两个transmon量子比特的较高能量（非计算）状态之间明确设计了一个固定的、始终开启的相互作用，然后通过微波驱动器在未受扰动的量子比特子空间上“激活”一个条件相位门。我们实现这种微波激活的条件相位门的保真度从量子过程层析成像的87%。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient single-photon frequency conversion in the microwave domain using superconducting quantum circuits
基于超导量子线路中的相干控制，提出了一种在微波域实现高效单光子频率转换的方法.利用全量子力学方法分析了该系统中的单光子散射过程，发现通过调节施加在人工原子上的控制场的参数，可以实现效率接近于1的单光子频率上转换或下转换。我们进一步表明，我们的方法在实验上是可行的，在目前可用的超导磁通量子位电路。
2017-11-14 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
Coherent optical control of a superconducting microwave cavity via electro-optical dynamical back-action
该研究在毫开尔文温度下利用多模电光器件和激光脉冲实现了超导微波腔的相干控制，为量子压缩、非破坏性测量及混合量子网络等应用开辟了新途径。
2023-06-25 physics.optics quant-ph
On-chip microwave-to-optical quantum coherent converter based on a superconducting resonator coupled to an electro-optic microresonator
我们提出了一种能够将微波直接量子电光转换为可见光子的器件结构。该混合系统由一个平面超导微波电路耦合到一个集成的回音壁模式的电光材料制成的微谐振器。我们表明，电光（真空）耦合率$g_0$高达$\sim 2π\, \mathcal{O}(10-100)$ kHz是可实现的，与目前可用的技术，由于小模式体积的平面微波谐振器。在毫开尔文温度下工作，这种转换器将能够将微波高效转换为光子。我们分析了增加的噪声，并表明，最大的转换效率是实现了多光子合作的单位，可以达到与光功率低至$ \mathcal{O}(1)\,\mathrm{mW} $。
2016-08-07 physics.optics quant-ph
Enhancement of microwave squeezing via parametric down-conversion in a superconducting quantum circuit
提出了一种实验上可实现的超导量子线路，它由两个共面波导谐振器（CWRs）组成，通过参量下转换（PDC）来增强微波压缩。在我们的方案中，两个CWRs通过嵌入其中一个CWRs中的超导量子干涉器件进行非线性耦合。这相当于用一个连续波谐振器代替磁通驱动约瑟夫森参量放大器（JPA）中的传输线，从而可以用一个量子化的微波场来驱动JPA。由于这种设计，PDC系数可以大大增加到约几十兆赫，满足强耦合条件。利用Heisenberg-Langevin方法，我们数值计算了在我们的方案中微波压缩的增强。与JPA相比，我们提出的系统在临界点附近变得稳定，并且可以产生更强的瞬态压缩。此外，强耦合PDC可用于设计光子封锁。
2021-04-20 physics.app-ph quant-ph
Magnetic-free traveling-wave nonreciprocal superconducting microwave components
提出了一种利用超导电路元件实现集成宽带非互易微波隔离器和环行器的设计方案。为了获得宽带响应，我们开发了一个基于波导的设计，通过时间调制。相应的紧凑型行波结构实现与集成超导复合右/左手传输线。计算结果表明，在20 dB的非互易隔离度下，可以实现580 MHz的带宽。这种片上隔离器和循环器可用于低温集成微波连接和测量，例如保护量子位免受多路复用读出中放大的反射信号的影响。
2021-06-05 physics.app-ph physics.optics 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
Microwave-induced coupling of superconducting qubits
研究了微波辐射下两个耦合超导量子比特系统的量子动力学行为。我们发现，当量子比特运行在电荷共简并点时，系统的量子演化可以用一个新的有效哈密顿量来描述，该有效哈密顿量具有两个耦合的量子比特的形式，它们之间的耦合是可调的。该哈密顿量可用于宏观纠缠的实验测试和实现量子门。
2008-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Realization of microwave quantum circuits using hybrid superconducting-semiconducting nanowire Josephson elements
我们报告的实现量子微波电路使用混合超导半导体约瑟夫森元件组成的InAs纳米线接触NbTiN。电容分流的单个元件表现为具有电可调跃迁频率的transmon量子比特。双元件电路在零外加通量附近也表现出类似transmon的行为，但在通量量子的一半处表现为通量量子位，其中元件中的非正弦电流-相位关系产生双阱约瑟夫森势。这些混合约瑟夫森元件在需要工作在磁场中的微波超导电路中具有很好的应用前景。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
