Finite-time quantum entanglement in propagating squeezed microwaves
双模压缩是量子纠缠的一个有趣的例子，表现在两个子系统之间不相容的观测量的互相关中。同时，这些子系统本身在它们的自相关中可能不包含量子签名。这些特性使得双模压缩态成为量子通信中的理想资源。在这里，我们产生的传播微波TMS态的光束分裂器分布的单模压缩从不同的约瑟夫森参量放大器沿两个输出路径。实验研究了连续变量传输TMS微波态中量子互相关的基本退相过程，并给出了精确的理论模型。通过这种方式，我们获得了对有限时间纠缠极限的洞察，并预测了远程态制备和量子隐形传态等基准量子通信协议的高量子效率。
2017-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Giant Cross Kerr Effect for Propagating Microwaves Induced by an Artificial Atom
研究了微波场与人工原子强耦合传输的交叉克尔相移。人工原子是一个超导的传输子量子比特在一个开放的传输线。我们证明了在单光子水平上两个相干微波场之间的平均相移为每光子11度。在高控制功率下，我们观察到高达30度的相移。我们的结果提供了一个重要的一步量子门与传播光子在微波制度。
2012-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-time correlators for propagating squeezed microwave in transients
我们分析了两个时间关联函数作为最自然的传播正交压缩领域的瞬态制度的特点。所考虑的系统是一个参数驱动的谐振器与时间相关的驱动。使用半经典的方法来自输入输出理论，我们开发了一种技术，用于计算的两个时间关联函数，这是直接相关的波动的测量集成信号。在稳态时，关联函数由三个参数决定（对于描述压缩态的相空间椭圆），而在瞬态时则需要四个参数。该方法可以推广到具有相干驱动的弱非线性谐振腔。我们专注于压缩微波场超导量子比特的测量相关的，然而，我们的形式也适用于光学系统。结果可以很容易地通过实验验证。
2018-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Multiplying and detecting propagating microwave photons using inelastic Cooper-pair tunneling
直流偏压下约瑟夫森结中传播的微波场与库珀对隧穿之间的相互作用是高度非线性的。我们从理论上证明了这种非线性可以用来将入射的单微波光子转换成不同模式的出射$n$ -光子Fock态。在这个过程中，在库珀对隧穿事件中释放的静电能量被转移到传出的Fock态，提供能量增益。所产生的多光子Fock态具有频率纠缠和高度聚束特性。转换可以是无反射的（阻抗匹配的），使得所有进入的光子被转换为$n$ -光子状态。通过实际参数，可以达到倍增比$n > 2$。通过两次连续的乘法，可以得到足够大的出射Fock态数，从而通过线性后放大和功率测量来准确地将其与真空区分开来。因此，这种放大方案可以用作无死时间的单光子探测器。
2018-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Temperature selective thermometry with sub-microsecond time resolution using dressed-spin states in diamond
易受各种物理量变化影响的通用纳米级传感器通常表现出有限的选择性。本文报道了一种新的方案，基于微波修饰的自旋态的光探测纳米级温度检测使用金刚石量子传感器，它提供了选择性的灵敏度的温度变化。通过将该方案与使用纳米金刚石中的系综氮空位中心的连续泵浦-探测方案相结合，证明了具有3.7 K $\cdot$ Hz $^{-1/2}$的热灵敏度的亚微秒时间分辨率对2 G量级的外部磁场的变化不敏感。所提出的结果是有利的实际应用中的时间分辨纳米量子传感，温度成像下波动的磁场的要求。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Dual-path state reconstruction scheme for propagating quantum microwaves and detector noise tomography
量子态重建涉及通常由理想化模型描述但在实验中不完全详细地知道的测量设备。对于弱传播的微波，检测过程需要线性放大器，其用随机噪声掩盖信号。在这里，我们介绍了一个理论，但允许使用这些设备来测量传播的量子微波的交叉相关的基础上从一个双路径放大设置的所有正交时刻。同时，检测器噪声特性被确定，从而允许断层扫描。我们证明了我们的新概念的可行性，通过与经典的弱相干微波混合物的原理验证实验。
2010-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental quantum teleportation of propagating microwaves
量子通信的现代领域蓬勃发展的承诺，提供有效和无条件安全的方式来交换信息，利用量子物理定律。这里，量子隐形传态作为允许使用量子纠缠和经典通信作为资源的未知量子态的无实体和安全传输的示例性协议而脱颖而出。与通信场景相关的量子隐形传态的实验可行性已经在各种物理环境中得到了证明。然而，到目前为止，在微波域中的量子隐形传态的类似实现还没有。与此同时，最近在超导电路量子计算方面的突破引发了对在微波频率下操作的空间分离的超导处理器之间的量子通信的需求。在这里，我们展示了一个确定性的量子隐形传态的相干微波态的实现，利用双模压缩和模拟前馈在宏观距离$d = 42\,$ cm。我们实现了量子隐形传态$F = 0.689 \pm 0.004$，超过了平均光子数为$n_\mathrm{d} = 1.1$的相干态的无克隆$F_\mathrm{nc} = 2/3$阈值。我们的研究结果提供了一个关键成分的基于传送的量子门的模块化量子计算与超导电路，并建立了坚实的基础，为未来的微波量子局域网。
2021-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Quantum nondemolition detection of a propagating microwave photon
非破坏性地检测单个行进光子的存在的能力一直是光学中的长期目标，其应用于量子信息和测量。实现这样的探测器是复杂的，因为光子-光子相互作用通常非常弱。在微波频率下，最近已经证明了波导中非常强的有效光子-光子相互作用。在这里，我们展示了如何使用这种类型的相互作用来实现一个单一的传播微波光子的量子非破坏测量。我们提出的方案使用了一个链的固态3级系统（transmons），级联通过循环器，抑制光子后向散射。我们的理论分析表明，微波光子探测与保真度约90%，可以实现与现有的技术。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parity Detection of Propagating Microwave Fields
量子系统中存在的元激发数的奇偶性提供了对其物理性质的重要见解。奇偶性测量例如用于断层摄影重建量子态或确定是否发生了激发的衰减，该信息可用于计算或通信协议中的量子纠错。在这里，我们展示了一个多功能的奇偶校验检测器的传播微波，它区分辐射场包含一个偶数或奇数n的光子，无论是在一个单一的拍摄测量和不扰动的奇偶校验的检测领域。我们展示了应用程序的检测器的直接魏格纳层析成像的传播微波和预示着一代薛定谔猫态。这种奇偶校验检测方案适用于宽频率范围，并且可以证明例如对于预示或容错量子通信协议是有用的。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Number-resolved photocounter for propagating microwave mode
传播微波光子的探测器最近已经使用超导电路实现。然而，一个数字分辨的光计数器仍然失踪。在这封信中，我们展示了一个单次计数器传播微波光子，可以解决高达$3$光子。它基于一个泵浦约瑟夫森环形调制器，通过频率转换捕获任意传播模式，并以稳态存储模式存储其量子态。然后，transmon量子比特使用一系列二进制问题来计算存储模式中的光子数。使用基于测量的反馈，问题的数量是最小的，并且与光子的最大数量成比例。该探测器的特点是探测效率为$0.96 \pm 0.04$，暗计数概率为$0.030 \pm 0.002$，平均死区时间为$4.5~\mathrm{μs}$。为了最大限度地提高其性能，该器件首先用作\emph{in situ}波形检测器，从中计算并应用最佳泵浦。根据入射光子的数量，探测器成功的概率范围为$(54 \pm 2)\%$到$99\%$。
2020-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photodetection of propagating quantum microwaves in circuit QED
我们开发的超材料的理论组成的离散量子吸收器阵列内的一维波导，实现了高效率的微波光子探测器。一个基本的设计包括几个亚稳态超导纳米电路内传播和耦合到一个一维波导中的电路QED设置。由于对光子激发的选择性吸收，{ \it传播}量子微波场的到达会引起吸收体内部能级布居的不可逆转的变化。这种设计是研究使用一个正式的，但简单的量子场论，这使我们能够评估单光子吸收效率为一个和多个吸收体设置。作为一个例子，我们考虑一个特定的设计，结合了共面同轴波导与超导相位量子比特，一个自然的，但不是唯一的操场实验实现。这项工作和一个可能的实验实现可能会刺激“全光”量子信息处理与传播量子微波的到来，其中微波光电探测器可以发挥关键作用。
2009-06-23 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Photon Statistics of Propagating Thermal Microwaves
在超导量子线路实验中，表征传播微波场的光子统计是一项基本任务。我们量化的平均光子数$0.05\,{\lesssim}\,n\,{\lesssim}\,1.5$的黑体辐射器发射的热微波光子的$n^{2}\,{+}\,n$光子数方差。我们使用相关测量或耦合到微波谐振器的transmon量子位来探测场。我们的实验提供了一个精确的定量表征弱微波状态和约瑟夫森参量放大器发出的噪声的信息。
2017-03-11 quant-ph
Perspectives of microwave quantum key distribution in open-air
本文从理论上研究了微波频率下连续变量露天量子密钥分发的可行性，提出传播微波与噪声环境耦合模型，并证明基于位移压缩态的协议可在室温下实现约200米的无条件安全通信，且在恶劣天气下可能优于电信波长方案。
2022-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Thermometry in Near-Degenerate Nitrogen-Vacancy Ensembles Enabled by Bright-Dark-State Mixing
California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究揭示近简并NV色心系综中亮-暗态混合使自旋回波产生温度敏感信号，提出四相正交读出方案，并评估LDD4B序列，为无偏置场环境下的脉冲测温提供新途径。
2026-09-22 quant-ph
Dynamics of entanglement via propagating microwave photons
我们提出了一个简单的电路量子电动力学（QED）实验来测试两个超导量子比特之间纠缠的产生。与通常的腔QED图像不同，我们研究了耦合到开放传输线上的量子比特，它们通过传播光子的交换而纠缠。我们计算他们的动力学使用一个完整的量子场论超越超声波近似和探索各种制度，从弱耦合到最近推出的超强耦合制度。由于单光子以有限的速度沿直线运动，我们的理论表明光锥将时空分成两个不同的区域。在一个区域中，纠缠可能只会由于相关的真空涨落而产生，而在另一个区域中，来自交换光子的贡献显现出来。
2010-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con hep-ph
Experimental Tomographic State Reconstruction of Itinerant Microwave Photons
研究超导腔中微波光子局域化的广泛实验对我们理解辐射的量子特性做出了重要贡献。然而，到目前为止，人们对微波光子的研究却少得多。在这里，我们提出的测量中，我们重建的Wigner函数的巡回单光子Fock状态和它们的叠加与真空使用线性放大器和正交幅度检测器。我们已经开发出有效的方法来分离所检测到的单光子信号从放大器添加的噪声通过分析测量的振幅分布的矩高达4阶。这项工作预计将使在线性量子光学的背景下传播微波的研究。
2010-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Inelastic scattering of microwave radiation in the dynamical Coulomb blockade
本文研究了直流偏压约瑟夫森结对微波传播场的散射。在子间隙电压下，小的约瑟夫森结仅作为非线性边界工作，其可以吸收、放大和散射转换传播的微波。在约瑟夫森耦合能量的首阶微扰理论中，散射热辐射和相干辐射的谱密度和正交涨落可以用众所周知的$P(E)$函数来描述。应用这一点，我们研究了热辐射和相干辐射是如何被吸收和放大的欧姆传输线和电路中的谐振频率。我们表明，当一个相干输入可以创建一个双模压缩输出。此外，我们评估任意光子数（Fock）状态之间的散射振幅，表征单个光子倍增和吸收过程中发生的结。
2019-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum Gates for Propagating Microwave Photons
我们报告了一个通用的计划，实现传输型量子门传播微波光子，基于一系列的集总元件组件的传输线。通过选择三个等距的超导量子干涉器件（SQUID）作为单个传输线上的组件，我们在实验上实现了磁通量可调移相器，并证明了它在实验不确定度内产生了宽范围的相移和全传输。与先前演示的分束器一起，这些移相器可以用于实现任意单量子位门。此外，我们从理论上表明，超导量子比特取代SQUID，移相器可以强非线性，从而引入确定性的光子-光子相互作用。这些结果是对先前按需单光子源和探测器的重要补充，因此为基于传播光子的全微波量子计算机铺平了道路。
2017-03-07 quant-ph
Correlation measurement of propagating microwave photons at millikelvin
本文提出一种基于纳米辐射热计的毫开尔文温度测量技术，直接测量微波光子统计，克服热噪声与放大噪声权衡，验证玻色-爱因斯坦分布及超泊松到泊松统计转变，用于量子力学基础检验和量子信息处理器读出。
2025-03-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Proposal for a coherent quantum memory for propagating microwave photons
我们描述了一种用于传播微波光子的多模量子存储器，其将固态自旋系综共振耦合到频率可调谐的单模微波腔。我们首先表明，高效率的映射的量子态由一个自由光子传输到自旋系综是可能的强耦合和弱耦合之间的腔模和自旋系综。我们还表明，即使在弱耦合极限单位效率和忠实的检索可以通过时间反演非均匀退相自旋回波技术的基础上获得。这是可能的，只要包含自旋系综的腔和传输线是阻抗匹配的。最后，我们讨论了使用稀土掺杂晶体耦合到超导谐振器的实验实施的前景。
2013-01-09 quant-ph
Computed tomography of propagating microwave photons
本文提出利用超导测辐射热计结合双场干涉实现无放大的传播微波光子Wigner函数断层成像，并借鉴CT原理，通过压缩感知和神经网络将投影次数降至三次，为超导量子网络中的实时量子错误诊断与纠正提供新方法。
2025-07-02 physics.ins-det quant-ph
Observation of Entanglement Between Itinerant Microwave Photons and a Superconducting Qubit
与传播量子场纠缠的定域量子比特非常适合于研究量子力学的非定域方面，并且还可以提供在量子网络中的空间分离的节点之间进行通信的信道。在这里，我们报告的需求之间的超导量子比特和传播的微波场组成的零，一个和双光子Fock态的贝尔型纠缠态的产生和表征。使用低噪声线性放大和有效的数据采集，我们提取量子比特和光子态之间的所有相关的相关性，并展示了高保真纠缠。
2012-09-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence-Enhanced Spatial Quantum Thermometry
Koç University（科奇大学）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）；INFN, Sezione di Bari（意大利国家核物理研究所巴里分部）；Universidad Complutense（康普顿斯大学）；Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts（马克斯·普朗克光科学研究所）；Institute for Quantum Studies, Chapman University（查普曼大学量子研究学院）；TÜBITAK Research Institute for Fundamental Sciences (TBAE)（土耳其科学技术研究委员会基础科学研究院）
本文提出相干增强的空间量子测温框架，利用探针二能级系统与辅助系统耦合产生的相干性，在低温下实现指数级更高的Fisher信息，并通过微波干涉仪实现实验测量。
2026-09-24 quant-ph
Propagating Quantum Microwaves: Towards Applications in Communication and Sensing
本文综述了传播量子微波在通信与传感领域的最新进展、技术挑战及未来方向，旨在激发从量子密钥分发到暗物质探测的新研究，并吸引学术界与工业界的广泛关注。
2022-05-23 quant-ph
Single-Shot Quantum Non-Demolition Detection of Itinerant Microwave Photons
单光子探测是量子光学中许多实验的重要组成部分，但在微波领域仍然具有挑战性。我们实现了一个量子非爆破探测器的传播微波光子，并使用单光子源的性能进行了表征。为此，我们在入射光子和超导人工原子之间实现了一个腔辅助条件相位门。通过在Single Shot中读出该原子的状态，我们达到了71%的内部光子检测保真度，受限于量子比特的相干特性。通过表征场的相干性和从探测器反射的光子的平均数，我们证明了它的量子非破坏性。我们设想在量子比特之间产生预示的远程纠缠和在传播的微波光子之间实现逻辑门的应用。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
On-Chip Microwave Fock States and Quantum Homodyne Measurements
我们提出了一种基于量子光学拉曼激发方案将亚稳态基于通量的量子比特耦合到微谐振器的方法，该方案允许确定性地产生静止和传播的微波Fock态和其他弱量子场。此外，我们介绍了一个合适的微波量子零差技术，没有光学对应物，使相关领域的可观测量，即使在存在噪声放大设备。
2006-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
CMOS-Integrated Diamond Nitrogen-Vacancy Quantum Sensor
金刚石中的氮空位（NV）中心已经成为一种领先的固态量子传感器，用于包括磁力测量，电学测量，温度测量和化学传感在内的应用。然而，对于实际应用的突出挑战是，现有的基于NV的感测技术需要用于自旋控制和检测的庞大且分立的仪器。在这里，我们解决这个挑战，通过集成NV为基础的量子传感与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术。通过量身定制的CMOS集成微波发生和光电探测，这项工作大大减少了量子磁力测量和温度测量的仪器足迹。这种混合金刚石-CMOS集成实现了用于量子传感和量子信息处理的超紧凑和可扩展平台。
2018-10-02 physics.app-ph quant-ph
Path Entanglement of Continuous-Variable Quantum Microwaves
路径纠缠是量子信息和通信协议中不可或缺的资源。在这里，我们证明了频率简并纠缠沿两个空间分离的路径传播的连续变量量子微波之间。我们用微波分束器把压缩态和真空态结合起来。通过相关测量，我们检测和量化的路径纠缠包含在分束器的输出状态。我们的实验为量子隐形传态、量子通信或微波频率下连续变量的量子雷达开辟了道路。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Frequency-tunable microwave quantum light source based on superconducting quantum circuits
本文提出基于超导量子电路的频率可调微波量子光源，可产生传播单光子、时间仓编码量子比特及qudit，频率原位调谐达200 MHz，并通过时间仓编码保持光子量子比特保真度，为分布式量子计算提供实用光源方案。
2023-04-12 quant-ph
Generating and verifying entangled itinerant microwave fields with efficient and independent measurements
通过将压缩的传播微波场和非压缩的真空场在一个混合器（微波分束器）上耦合，我们在两个输出模之间产生了纠缠。通过对两个输出模进行独立有效的单正交测量，我们验证了我们已经产生了纠缠态。我们观察到的纠缠见证$E_\mathrm{W}=-0.263^{+0.001}_{-0.036}$和负性$N=0.0824^{+0.01}_{-0.0004}$的测量效率至少为$26\pm{0.1}\%$和$41\pm{0.2}\%$通道1和2。这些测量结果表明，输出的双模态违反可分性准则，因此证明纠缠。传播微波之间的这种共享纠缠为利用超导微波系统构建量子网络提供了重要资源。
2015-02-13 quant-ph
Coplanar Antenna Design for Microwave Entangled Signals Propagating in Open Air
露天微波量子通信和计量协议必须能够将量子资源从低温恒温器（它们在那里被创建）转移到由热噪声主导的环境中。实际上，携带这种量子资源的状态在低温恒温器中生成，该低温恒温器的特征在于温度$T_\text{in} \simeq 50 $ ~mK和固有阻抗$Z_\text{in} = 50 \, Ω$。然后，需要一个天线状装置将它们以最小的损耗传输到户外，其特征在于固有阻抗为$Z_\text{out} = 377 \, Ω$，温度为$T_\text{out} \simeq 300$ ~K。该设备实现了低温恒温器和开放空气之间的平滑阻抗匹配。在这里，我们研究了双模压缩热态的传输，发展了一种技术来设计最佳形状的共面天线，以保持纠缠。基于一个数值优化过程，我们找到了最佳的阻抗形状，我们提出了一个功能的ananimator来定性地描述这种形状。此外，这项研究表明，天线的反射率对这种形状非常敏感，因此微小的变化会显著影响即将到来的纠缠，这可能是以前使用商业天线的实验的局限性。这项工作在微波量子传感和量子精密测量领域中具有相关性，特别应用于量子雷达的开发，以及任何露天微波量子通信协议。
2022-08-16 physics.app-ph quant-ph
Deterministic generation of shaped single microwave photons using a parametrically driven coupler
本文实验演示了一种利用时变参量驱动耦合器确定性生成时间对称、恒定相位的单微波光子的方法，实现了94.5%保真度的量子态转移，并提出了自校准例程校正频率偏移，为分布式量子计算网络中的高保真量子通信提供了可靠方案。
2023-12-02 quant-ph
Photon State Tomography for Two-Mode Correlated Itinerant Microwave Fields
连续变量纠缠通常是在光频下研究的。作为观测传播微波光子纠缠的重要一步，我们在微波域中演示了两个场模的实验态重构。特别是，我们产生双模相关态与约瑟夫森参量放大器和检测所有四个正交分量同时在两个通道外差设置使用幅度检测器。分析所有可能的正交对的二维相空间直方图，使我们能够确定完整的协方差矩阵，并重建四维维格纳函数。我们证明了在这两种模式的正交振幅噪声之间的强相关性。在理想条件下，在未来的实验中应该可以观察到低于标准量子极限的双模压缩。
2011-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Schrodinger's catapult: Launching multiphoton quantum states from a microwave cavity memory
在复多光子场中对量子态进行编码可以克服量子网络中信号传输过程中的损耗。传输以这种方式编码的量子信息要求本地存储的状态可以转换为传播场。在这里，我们的实验显示控制转换的多光子量子态，如“薛定谔猫”的状态，从微波腔量子存储器到传播模式。利用单个约瑟夫森结的非线性进行参量转换，我们可以在约500 ns内释放腔态，比其本征寿命快3个数量级。这种“弹射器”忠实地将任意腔场转换为行进信号，估计效率> 90%，从而能够按需生成复杂的巡回量子态。重要的是，释放过程可以在快速时间尺度上精确控制，使我们能够通过部分转换在腔和行进模式之间产生纠缠。我们的系统可以作为微波量子网络的骨干，为量子信息的可纠错分布和高度非经典态到混合量子系统的转移铺平了道路。
2016-12-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Secure quantum remote state preparation of squeezed microwave states
基于非经典关联的量子通信协议可以比已知的经典方法更有效，并且在直接状态转移上提供内在的安全性。特别地，远程状态准备旨在使用经典通信和量子纠缠在远程位置处创建期望的和已知的量子状态。我们提出了一个实验实现的确定性连续变量远程状态准备在微波制度超过35厘米的距离。利用传输双模压缩微波态和前馈技术，我们实现了在真空能级以下1.6dB压缩的压缩态的远程制备。我们在我们的实现中使用一次性密码本的概念来量化安全性。我们的研究结果代表了超导电路之间的微波量子网络的重要一步。
2019-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Efficient microwave frequency conversion mediated by the vibrational motion of a silicon nitride nanobeam oscillator
微机电系统和集成光子学为现代通信系统中的许多可靠和紧凑的电路元件提供了基础。电光机械器件是目前实现新兴量子信息技术的超灵敏、低损耗换能器的主要方法之一。在这里，我们提出了一个片上微波频率转换器的基础上，平面铝氮化硅平台，是兼容的槽模耦合光子晶体腔。我们显示了两个传播微波模式之间的有效频率转换介导的辐射压力与金属化介电纳米束振荡器的相互作用。我们实现了双向相干转换，总器件效率高达~ 60%，动态范围为$2\times10^9$光子/秒，瞬时带宽高达1.7 kHz。如果进一步降低当前$\sim14$光子$\ \cdot\ $ s $^{-1}\ \cdot\ $ Hz $^{-1}$的驱动相关输出噪声，则高保真度量子态转移将是可能的。这种基于氮化硅的换能器是原位可重构的，并且可以用于片上经典和量子信号路由和滤波，用于微波和混合微波-光学应用。
2019-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Single microwave-photon detector using an artificial $Λ$-type three-level system
单光子探测是量子光学实验中必不可少的技术。然而，微波量子的能量比其光学对应物小四到五个数量级，使得有效检测单个微波光子极具挑战性。在这里，我们演示了通过波导传播的单个微波光子的检测。该检测器是用“阻抗匹配”的人工$Λ$系统实现的，该系统包括耦合到微波谐振器的驱动超导量子比特的修饰态。我们获得了单光子探测效率为$0.66 \pm 0.06$，复位时间为$\sim 400$ ~ns。该探测器可用于量子传感、量子通信和量子信息处理等领域。
2016-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mixing of counterpropagating signals in a traveling-wave Josephson device
本文研究在一维约瑟夫森超材料中利用低相速泵浦波将输入微波信号转换为反向传播输出波，并基于该机制实现了可重构为互易可调谐耦合器的片上微波隔离器，在5-8.5 GHz范围内隔离度超过5 dB。
2025-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave Photon Detector in Circuit QED
量子光学光电探测在理解辐射-物质相互作用中占据了核心地位。它还促进了原子物理学和量子光学的发展，包括计量学，光谱学和量子信息处理的应用。量子微波机制，最初探索使用腔和原子，是看到一个新的推动与电路量子电动力学（QED）的非经典传播场的产生。这一前景广阔的领域涉及利用微波光子的量子信息的潜在发展，但由于缺乏光电探测器而受到影响。在这里，我们设计了一个超材料组成的离散超导元件，实现了高效率的微波光子探测器。我们的设计包括一个微波波导耦合到一个亚稳态量子线路阵列，其内部状态是不可逆的改变，由于光子的吸收。该方案可广泛应用于不同的物理系统，并可推广到微波光子计数器的实现。
2009-04-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Doppler-enhanced superheterodyne Rydberg microwave receiver
Shanxi University（山西大学）；Northeast Normal University（东北师范大学）；Yanbian University（延边大学）
利用蒸气池中的多普勒效应，通过共传播的探测和耦合激光增强里德堡微波接收器的灵敏度，实现了1.5倍的灵敏度提升和17.6倍的本地振荡场降低。
2026-06-24 physics.atom-ph quant-ph
On-demand generation and characterization of a microwave time-bin qubit
超导电路为大规模量子网络的构建提供了一个可扩展的平台，其中信息可以以传播微波的多种时间模式进行编码。表征这样的微波信号的方法可扩展到任意数量的时间模式与一个单一的检测器和演示其相位鲁棒性的极大兴趣。在这里，我们展示了一个微波时间仓量子比特的超导电路量子电动力学架构的按需产生和维格纳层析成像。我们用一个单一的外差探测器进行断层扫描，通过动态改变测量正交与相敏放大器独立的两个时间模式。通过用缺乏共享相位参考的硬件生成和测量量子比特，我们证明了在生成的每个时间仓量子比特中相位信息的守恒性。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum probe of an on-chip broadband interferometer for quantum microwave photonics
量子微波光子学的目标是在光学光子学的精神下产生、路由和操纵传播的量子微波场。为此，超导量子线路的强非线性可用于改善或超越光学领域概念的实现。在这种背景下，为超导量子线路设计一个良好控制的宽带环境是一项中心任务。在这项工作中，我们将一个超导transmon量子比特放置在由两个超导微波分束器组成的片上Mach-Zehnder干涉仪的一个臂上。通过测量它的弛豫和退相速率，我们使用量子比特作为一个灵敏的光谱仪在量子水平上探测宽带电磁环境。在高频下，这种环境可以很好地描述为耦合到transmon量子位的谐振子的集合。在低频率，我们发现实验证据的有色准静态高斯噪声与高光谱权重，因为它是典型的两级波动的合奏。我们的工作为传播微波光子的可能应用铺平了道路，例如模拟量子杂质模型或量子信息处理的新架构。
2018-10-04 quant-ph
Flow of quantum correlations in noisy two-mode squeezed microwave states
研究了噪声存在下双模压缩微波态的非经典关联。我们主要研究两种不同类型的关联，即量子纠缠和量子不和谐。量子不和谐具有许多有趣的基本性质，需要实验验证，例如对环境噪声的渐近鲁棒性。在这里，我们实验研究了通过超导约瑟夫森参量放大器产生的双模压缩微波态的传播中的量子不和谐。通过利用非对称噪声注入到这些纠缠态，我们证明了量子不和谐对热噪声的鲁棒性，同时验证了纠缠的突然死亡。此外，我们研究量子不和谐和纠缠的形成，这可以直接关系到的局部不可访问的信息之间的流动的环境和二分子系统之间的区别。在低噪声光子数下，我们观察到量子不和谐和纠缠之间的交叉行为，这是噪声注入的三方性质的结果。我们证明了纠缠和量子不和谐之间的区别可能与某些量子密钥分发协议的安全性有关。
2022-07-13 quant-ph
Towards phonon routing: Controlling propagating acoustic waves in the quantum regime
我们探索路由的传播声子与以前的光子实验类比。微波区的表面声波被超导transmon量子比特散射。可以使用外部磁场或Autler-Townes效应将transmon调谐成与入射SAW场谐振或不谐振，并且因此可以及时控制SAW场的反射和透射。我们观察到低功率连续信号传输中80%的消光和路由器的40 ns上升时间。SAW在固体表面上的缓慢传播速度允许对传播声子进行飞行操纵。路由100 ns短脉冲的能力实现了新的功能，例如在两个量子位之间捕获声学声子，然后在受控方向释放它。
2019-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sensing and Communication with Quantum Microwaves
该论文聚焦传播式量子微波领域，搭建理论与应用桥梁，提出频率纠缠传感新协议并研究露天纠缠退化问题，还综述领域进展并给出未来研究路线图。
2023-10-07 quant-ph
Microwave Quantum Optics with an Artificial Atom
介绍了人工原子微波量子光学的最新进展。这个领域依赖于这样一个事实，即超导人造原子和一维开放传输线中传播的微波光子之间的耦合可以足够强以观察量子相干效应，而无需使用任何腔来限制微波光子。我们研究了共振相干微波系统的散射特性。我们观察到人工原子的强非线性，在强驱动下，我们观察到莫洛三重态。通过应用两个共振音，我们也观察到Autler-Townes分裂。通过利用这些效应，我们展示了两个量子器件在单光子水平的微波制度：单光子路由器和光子数过滤器。这些器件为实现片上量子网络提供了必要的步骤。
2012-10-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum information processing with single photons and atomic ensembles in microwave coplanar waveguide resonators
我们表明，光激发到里德伯态的原子对可以通过有效的长程偶极-偶极或范德华相互作用相互强烈相互作用，介导的非共振耦合到超导共面波导腔的公共微波场模式。这些腔介导的相互作用可以用于产生单光子，并在可扩展的配置中实现在电磁感应透明的机制中以原子系综传播或存储的单光子脉冲对之间的通用相位门。
2008-02-15 quant-ph
Switchable ultrastrong coupling in circuit QED
超导量子线路具有进行量子信息处理和发展片上微波量子光学的必要条件。从最初的几能级超导系统（量子比特）到它们与微波谐振器的强耦合，现在是考虑传播量子微波的产生和表征的时候了。在本文中，我们设计了一个在一般框架中必不可少的关键成分：量子位和传输线之间的可切换耦合，它可以在超强耦合状态下工作，其中耦合强度接近量子位跃迁频率。我们提出了几种设置，其中两个或多个回路的约瑟夫森结直接连接到一个封闭的（腔）或开放的传输线。我们证明，该电路引起的耦合，可以调制的强度和类型。鉴于最近的研究显示了超强机制的可访问性，我们希望我们的想法能在正在进行的实验中产生直接影响。
2009-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Propagating Wigner-Negative States Generated from the Steady-State Emission of a Superconducting Qubit
我们实验证明了从连续驱动的超导量子比特中稳态产生传播的Wigner负态。我们重建的Wigner函数的辐射发射到由其时间包络定义的传播模式，使用数字滤波。对于一个优化的时间滤波器，我们观察到一个大的维格纳对数负，超过0.08，与理论一致。理论预测和实验产生的状态之间的保真度高达99%，在微波频域达到最先进的实现。我们的结果提供了一种新的方法来产生和控制非经典状态，并可能使有前途的应用，如量子网络和量子计算的基础上波导量子电动力学。
2021-07-26 quant-ph
State Transfer Between a Mechanical Oscillator and Microwave Fields in the Quantum Regime
最近，通过直接制冷[1]或制冷和激光冷却的组合[2，3]，宏观机械振荡器已经被诱导到量子行为的状态。这个令人兴奋的结果鼓励了这样的概念，即机械振荡器可以在超导电路处理量子信息中执行有用的功能[1，4-7]，或者作为微波场短暂状态的量子存储器，或者通过在其他不兼容的系统之间提供量子接口[8，9]。到目前为止，由于不能灵活地打开和关闭微波电和机械运动之间的相互作用，微波场的巡回状态或传播模式到机械振荡器和从机械振荡器的转移还没有被证明。在这里，我们证明了一个巡回微波场的状态可以相干地转移到，存储在，并从一个机械振荡器的振幅在单量子水平检索。重要的是，捕获和恢复微波态的时间比机械振荡器的量子态寿命短。在这种量子状态下，机械振荡器既可以存储又可以再现量子信息。
2012-06-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Probing an electron spin ensemble with squeezed microwave signals
Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；Technical University of Munich, TUM School of Natural Sciences, Physics Department（慕尼黑工业大学，自然科学学院，物理系）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）
本文通过压缩微波信号探测电子自旋集体，实现了约61%的量子态转移效率，并提出了基于量子输入输出形式的稳态模型用于指导自旋量子存储器的设计。
2025-12-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Detecting itinerant single microwave photons
单光子探测器是量子光学研究的基本工具，在测量理论和量子信息学中起着核心作用。基于不同技术的光电探测器存在于光学频率处，并且目前正在花费大量努力来提高它们的效率以满足来自量子计算和量子通信提议的需求。然而，在微波领域，尽管已经提出了一些理论建议，但单光子探测器仍然难以捉摸。在这篇文章中，我们回顾了这些最近的建议，特别是专注于传播微波光子的非破坏性探测器。利用超导人工原子的探测方案，在现有技术条件下，探测效率可达90%，实验条件成熟。
2015-04-20 quant-ph
