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
Displacement of propagating squeezed microwave states
光的传播量子态的位移是量子通信的基本操作。它使宏观量子相干性的基础研究成为可能，并在连续变量的量子隐形传态协议中发挥着重要作用。在我们的实验中，我们已经成功地实现了这种操作的压缩微波态的传播。我们证明，即使在强位移振幅下，重构量子态的压缩能级也没有退化。此外，我们证实了位移压缩态产生的路径纠缠在很宽的位移功率范围内保持不变。
2016-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
Primary thermometry of propagating microwaves in the quantum regime
控制和测量传播微波模式的温度降到非常低的温度的能力对于量子信息处理是必不可少的，并且可能为在纳米尺度上也在量子范围内的热传输的研究打开机会。在这里，我们提出并实验证明主要的测温传播微波使用transmon型超导电路。我们的设备连续工作，灵敏度低至$4\times 10^{-4}$光子/ $\sqrt{\mbox{Hz}}$，带宽为40 MHz。我们测量的热占领的高度衰减的同轴电缆的模式在0.001至0.4热光子的范围内，对应的温度范围从35 mK到210 mK在5 GHz左右的频率。为了以可控的方式提高辐射温度，我们要么注入校准的宽带数字噪声，要么加热器件及其环境。这种测温方案可以在低温微波装置的基准测试和表征、混合量子系统的温度测量和量子热力学中找到应用。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
From coherent to fermionized microwave photons in a superconducting transmission line
Pitaevskii BEC Center, INO-CNR and Dipartimento di Fisica, Università di Trento（彭尼夫斯基玻色-爱因斯坦凝聚中心，意大利国家研究委员会材料研究所和特伦托大学物理系）；INFN-TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications（INFN-TIFPA，特伦托基础物理与应用研究所）
研究利用超导传输线实现强相互作用微波光子的费米化，通过参数 tapering 将相干场转化为接近基态的Tonks-Girardeau气体。
2026-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas 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
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
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
Engineering symmetry-selective couplings of a superconducting artificial molecule to microwave waveguides
将结构化量子发射体的衰变率调整到它们的环境中为非线性量子光学、集体现象和量子通信开辟了新的途径。在这里，我们展示了一种新的人工分子之间的耦合方案，包括两个相同的，强耦合transmon量子比特，和两个微波波导。在我们的方案中，耦合被设计成使得相对于置换算子具有相同（相反）对称性的状态之间的转换主要耦合到一个（另一个）波导。基于耦合的选择性，量化的耦合强度的比率，超过了30倍的波导在我们的设备。此外，我们实现了一个双光子拉曼过程中同时驱动两个波导激活，并表明它可以用来相干耦合不同对称性的单激发流形的分子状态。使用该过程，我们实现了由分子介导的波导频率转换，效率约为95%。最后，我们表明，这种耦合安排使得它可以直接产生空间分离的贝尔态传播的波导。我们设想进一步的应用量子热力学，微波光电探测，光子光子门。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall 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
Probing higher-order transitions through scattering of microwave photons in the ultrastrong-coupling regime of circuit QED
高阶跃迁可以发生在电路QED的超强耦合区，通过由反向旋转相互作用控制的虚拟过程。我们提出了一种可行的方法来探测高阶跃迁通过传播的微波光子入射到混合量子比特腔系统的散射。散射谱中的线形可以反映量子比特与腔之间的相干相互作用，而布居谱中的高阶跃迁可以被识别。我们进一步发现，如果两个量子比特与腔之间的耦合强度被调谐为非对称的，那么具有Fano线型的暗反对称态也可以从散射谱的变化中被检测到。
2018-05-22 quant-ph
Generation of time-frequency entangled photon pairs propagating in separate waveguides in circuit QED setup
时频纠缠光子是各种量子技术领域中大量应用的重要资源。因此，产生纠缠光子的有效和可调的设置是现代量子技术所必需的。在这项工作中，我们提出了一个通用的腔QED设置设计的按需产生的时间-频率纠缠光子对，每个光子在一个单独的波导中传播。我们概述了这种设置在微波超导电路QED架构的潜在化身。我们推导并数值求解了一组控制系统量子态演化的运动方程，使我们能够研究光子发射动力学。利用发射光子对联合谱振幅的Schmidt分解，计算了系统的纠缠熵，分析了纠缠熵与系统参数的关系。我们概述了所提出的多光子时频纠缠态产生方案的潜在扩展。
2022-11-16 quant-ph
On-demand quantum state transfer and entanglement between remote microwave cavity memories
模块化量子计算架构需要通过传播信号快速且有效地分发量子信息。在这里，我们报告快速，按需量子态转移两个远程超导腔量子存储器通过旅行微波光子。我们证明了量子通信信道的量子比特的确定性传输与76%的保真度。对实验缺陷引起的错误进行预测可以将成功概率提高到87%，成功概率为0.87。通过微波光子的部分转移，我们以超过两种存储器中光子损失三倍以上的速率产生远程纠缠。我们进一步展示了量子纠错码字的转移，这将允许确定性的光子损失的缓解。这些结果为通过模块化量子网络缩放超导量子器件铺平了道路。
2017-12-15 quant-ph
Spatially Adiabatic Frequency Conversion in Optoelectromechanical Arrays
量子信号在微波频域和光频域之间的忠实转换对于构建基于超导电路的量子网络至关重要。光机电系统，其中微波和光腔模式耦合到一个共同的机械振荡器，是一个有前途的路线实现这一目标。在这些系统中，有效的，低噪声的转换是可能的，使用机械暗模式的领域，但转换带宽限于一小部分的腔线宽。在这里，我们表明，光机电换能器阵列可以克服这一限制，并达到大于腔线宽的带宽。耦合率在整个阵列的空间中变化，使得传播场的机械暗模式从微波到光学或反之亦然。该策略还导致显著降低的热噪声，其中集体光机械协同性是相关的品质因数。最后，我们证明，相当令人惊讶的是，每个换能器元件的带宽增强是最大的小阵列，这个功能使我们的计划特别有吸引力的国家的最先进的实验设置。
2018-09-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
On-Demand Directional Microwave Photon Emission Using Waveguide Quantum Electrodynamics
在非本地计算节点之间路由量子信息是量子处理器的可扩展网络的基础。任意节点之间的量子信息传输通常通过在它们之间传播的光子或通过共振耦合附近的节点来介导。实用程序由发射器、传播信道和接收器的类型决定。涉及传播微波光子的常规方法由于光子损耗而具有有限的保真度，并且通常是单向的，而使用直接谐振耦合的架构原则上是双向的，但通常只能容纳几个局部节点。在这里，我们展示了高保真，按需，定向，微波光子发射。我们使用人造分子来实现这一点，该人造分子包括两个超导量子比特，它们与双向波导强耦合，有效地创建了手性微波波导。来自分子的光子发射路径之间的量子干涉产生选择性地在所选方向上传播的单光子。该电路还能够吸收光子，使其适合在可扩展的量子网络中构建互连。
2022-10-13 quant-ph
Quantum non-demolition detection of an itinerant microwave photon
光子探测器是在量子极限下测量电磁波的基本工具，在通信、传感和计算等新兴量子技术中需求量很大。特别感兴趣的是量子非破坏（QND）型检测器，其将光子模式的量子态投影到光子数基础上而不影响时间或空间性质。这与传统的光子探测器形成鲜明对比，传统的光子探测器吸收光子以触发“点击”，从而不可避免地破坏光子。最近，在光域中使用腔中的单个原子证明了长期寻求的飞行光子的QND检测。然而，尽管最近使用超导电路的微波量子光学取得了进展，但微波的对应物一直难以捉摸。在这里，我们实现了一个确定性的纠缠门之间的超导量子比特和传播的微波脉冲模式反射的腔体包含量子比特。使用纠缠和高保真量子比特读出，我们证明了一个QND检测的单光子的量子效率为0.84，光子的生存概率为0.87，和暗计数概率为0.0147。我们的方案可以作为连接远程量子比特模块的量子网络的构建模块，以及用于多光子信号的微波光子计数设备。
2017-11-15 quant-ph
Emission and Absorption of Microwave Photons in Orthogonal Temporal Modes across a 30-Meter Two-Node Network
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Institute of Fundamental Physics (IFF), CSIC（西班牙国家科学研究委员会基础物理研究所）；Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）
研究通过超导量子电路生成正交时间模式的微波光子，并在30米低温链路中实现量子态传输，展示正交模式在光子吸收选择性中的应用。
2026-04-14 quant-ph
Temporal-Mode Engineering for Multiplexed Microwave Photons and Mode-Selective Quantum State Transfer
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
本文通过时域模式工程实现多路复用量子网络的高维正交基，利用时域模式实现模式选择性量子态转移。
2026-03-11 quant-ph
Deterministic generation of frequency-bin-encoded microwave photons
本文提出并实验演示了一种基于超导电路的微波光子频率箱编码协议，以90.4%保真度确定性编码量子信息，用于检测光子丢失，从而提升分布式量子计算网络中量子态传输的可靠性和准确性。
2025-07-04 quant-ph
Dissipative stabilization of squeezing beyond 3 dB in a microwave mode
虽然可以通过泵浦参量谐振器产生具有任意压缩的光的传播状态，但是谐振器内状态被限制为3dB的压缩。在这里，我们实现了一个水库工程方法，使用超导电路超过这个限制。三波混频元件的双音泵浦实现了与压缩浴的有效耦合，该压缩浴稳定了谐振器内的压缩状态。使用辅助超导量子位作为探针，使我们能够执行直接的维格纳层析成像的谐振器内的状态。原始测量提供了在零点电平以下约$6.7 \pm 0.2$ dB处的压缩的下限。此外，我们展示了如何在维格纳层析成像过程中校正谐振腔的演化，并获得高达$8.2 \pm 0.8$ dB的压缩。此外，这种压缩水平是以$-0.4 \pm 0.4$ dB的纯度实现的。
2021-02-08 quant-ph
Nonreciprocal entanglement in cavity magnomechanics exploiting chiral cavity-magnon coupling
提出利用手性腔-磁振子耦合在腔磁力学系统中产生鲁棒的非互易两体与三体纠缠，并用于微波到固态磁振子的信道复用量子隐形传态。
2025-02-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A parametrically programmable delay line for microwave photons
本文提出一种适用于微波光子的参数寻址延迟线，通过参数驱动三波混频电路元件实现模拟物理延迟线的频谱响应，并在单光子能量级别实现了对存储脉冲的发射选择、时间平移与交换等高度控制，且引入噪声远小于单光子。
2024-07-30 physics.app-ph quant-ph
Fault-tolerant one-way noiseless amplification for microwave bosonic quantum information processing
本文提出基于一维四节点团簇态、CPHASE和QND的微波无噪声线性放大器，无需PNRD即可补偿ADC损耗，并在量子传感与SKG中优于QS-NLA。
2023-12-07 quant-ph
Coherent output of photons from coupled superconducting transmission line resonators controlled by charge qubits
我们研究了微波光子在超导波导中传输的相干控制，该波导由耦合传输线谐振器组成，每个谐振器连接到一个可调电荷量子比特。虽然这些耦合线谐振器形成具有工程光子能带结构的人造光子晶体，但电荷量子位在低激发极限下共同表现为自旋波，这修改了带隙结构以减慢和停止微波传播。这里的概念性探索提出了一种基于片上电路QED的电磁控制量子器件，用于光子的相干操纵，例如通过泵浦人工原子进行布居数反转来动态创建来自波导的类激光输出。
2008-02-18 cond-mat.supr-con quant-ph
Concurrent Remote Entanglement with Quantum Error Correction
远距离、非相互作用的量子实体的远程纠缠是量子信息处理的关键原语。我们提出了一个新的协议，远程纠缠两个静止的量子比特，首先纠缠他们与传播的辅助量子比特，然后进行联合的两个量子比特测量的辅助。随后，在每个辅助环上执行单量子比特测量。我们描述了两个连续变量实现的协议，使用传播微波模式。第一种实现方式使用传播的Schr $\rm{\ddot{o}}$ dinger猫态作为飞行辅助量子比特，用于双量子比特测量的传播模式的联合光子数模2测量和零差检测作为最终的单量子比特测量。现实量子系统中存在的低效率限制了产生高保真Bell态的成功率。这促使我们提出了第二个连续变量的实现，在那里我们使用量子纠错，以抑制退相干由于光子损失到一阶。为此，我们将辅助量子比特编码为给定光子数奇偶校验的薛定谔猫态的叠加，使用联合光子数模4测量作为双量子比特测量，零差检测作为最终的单量子比特测量。我们证明了我们的量子纠错远程纠缠方案的缺陷的弹性。此外，我们描述了一个修改我们的纠错方案，通过将额外的个人光子数模2测量的辅助模式，以提高成功率产生高保真贝尔态。我们的协议可以直接实现在国家的最先进的超导电路QED系统。
2016-06-03 cs.IT math.IT quant-ph
