Deterministic amplification of Schroedinger cat states in circuit quantum electrodynamics
提出了一种基于最优状态转移的确定性放大光子薛定谔猫态的动力学方案。该方案可以在强耦合量子位腔系统中实现,并且非常适合于最先进的超导电路的能力。理想的分析方案进行比较与开放的Jaynes-Cummings模型与现实的设备参数的完整模拟。这种放大工具可用于非经典连续变量态的实际量子信息处理。
2015-08-05 quant-ph
Circuit quantum electrodynamics: A new look toward developing full-wave numerical models
使用电路量子电动力学架构构建的设备是当前正在追求的开发量子信息处理硬件的最流行的方法之一。尽管在过去的二十年中已经取得了重大进展,但仍然存在许多限制制造系统性能的技术问题。由于缺乏严格的数值模拟方法,解决这些问题变得困难。这项工作开始解决这个问题,提供一个新的数学描述的最常用的电路量子电动力学系统之一,一个transmon量子比特耦合到微波传输线。表达在三维矢量场,我们的新模型更适合开发数值求解器比文献中常用的电路元件描述。我们提出了我们的新模型的量子化的细节,并推导出耦合场transmon系统的量子运动方程。这些结果可用于开发全波数值求解器在未来。为了使这项工作更容易为工程界所接受,我们假设只接受了有限的量子物理学培训,并在整个推导过程中提供了许多背景细节。
2021-04-14 quant-ph
An Introduction to Superconducting Qubits and Circuit Quantum Electrodynamics
电路量子电动力学的概念的一个子集进行审查,作为参考的轴子暗物质实验(ADMX)社区的一部分,第二届研讨会上的微波腔和探测器的轴子研究。讨论了LC电路的经典拉格朗日函数和哈密顿函数,以及耦合到谐振器或腔的弱非谐量子比特的黑箱电路量子化方法。
2017-08-19 physics.ins-det quant-ph
Quantum Channel Construction with Circuit Quantum Electrodynamics
量子信道可以描述量子力学允许的所有变换。我们提供了一个明确的通用协议来构建所有可能的量子信道,使用一个量子比特的辅助量子非破坏读出和自适应控制。我们的构造在物理资源和电路深度方面都是高效的,并且可以使用超导电路和各种其他物理平台进行演示。量子信道的构建有许多应用,包括系统稳定和量子纠错、马尔可夫和奇异信道模拟、广义量子测量的实现以及更通用的量子仪器。任意量子信道的有效构建为量子控制、量子传感和信息处理任务开辟了令人兴奋的新可能性。
2016-11-10 quant-ph
Quantum heat diode versus light emission in circuit quantum electrodynamical system
本文基于电路QED双光子Rabi模型设计热二极管,发现其在失谐超强耦合下性能更优,并通过光子探测率的非互易性揭示热二极管行为的量子光学机制。
2023-04-04 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
Observation of three-state dressed states in circuit quantum electrodynamics
我们研究了直接耦合到传输线的transmon量子比特的微波响应。在transmon量子比特中,由于其弱非谐性,单个驱动场可以产生涉及两个以上裸态的修饰态。我们证实了形成的三态修饰态通过观察所有的六个相关的拉比边带,这似乎是放大或衰减的探测场。实验结果再现与良好的精度,结合量子比特和微波之间的辐射耦合的理论模型。
2013-06-28 quant-ph
Reducing Spontaneous Emission in Circuit Quantum Electrodynamics by a Combined Readout/Filter Technique
量子比特的物理实现可能对环境耦合极其敏感,这可能导致退相干。虽然努力保护,耦合到环境是必要的,以测量和操纵量子位的状态。因此,具有长量子位能量弛豫时间的目标与实现高保真量子位控制和测量的目标相竞争。在这里,我们提出了一种方法,集成滤波技术,保持超导量子比特的寿命与色散耦合的量子比特的微波谐振器的控制和测量。其结果是一个紧凑的电路,可以保护量子比特免于自发丢失到环境中,同时还保留了执行快速,高保真读出的能力。重要的是,我们表明该设备在一个制度,是可以达到与当前的实验参数,并提供了一个具体的例子超导量子比特电路量子电动力学。
2015-10-20 quant-ph
Broadband Filters for Abatement of Spontaneous Emission in Circuit Quantum Electrodynamics
快速、高保真地读出量子比特(qubit)的能力对于构建量子计算机的目标至关重要。然而,将快速测量通道耦合到超导量子位通常也通过自发发射加速其弛豫。在这里,我们使用阻抗工程来设计一个滤波器,通过该滤波器,光子可以容易地以腔频率而不是量子比特频率离开谐振器。我们实现这种宽带滤波器在片上和片外配置。
2015-10-29 quant-ph
Engineering dissipation with resistive elements in circuit quantum electrodynamics
耗散工程的重要性范围从通用量子计算到非平衡量子热力学。近年来,越来越多的理论和实验研究表明,这一主题与电路量子电动力学的相关性,电路量子电动力学是量子计算机竞赛的主要平台之一。本文讨论了如何通过在超导量子比特网络中插入电阻元件来模拟热浴。除了从教学角度回顾电阻作为具有Johnson-Nyquist噪声的热浴的唯象和微观模型外,本文还介绍了弱耦合极限的一些新结果,表明开放量子系统的最常见的例子可以通过电容耦合的超导量子比特和电阻来模拟。该手稿的目的,写在脑海中的广大观众,是一个指导性的教程,如何推导和表征一般耗散超导电路与电容耦合的哈密顿量,并审查最相关和专题的理论和实验工作集中在电阻元件和耗散工程。
2021-10-22 quant-ph
Strong Intrinsic Longitudinal Coupling in Circuit Quantum Electrodynamics
本文在电路量子电动力学中实现transmon与微波谐振器间的强本征纵向耦合,耦合率超所有衰减率一个数量级,达强耦合区,可促进高连通量子硬件及引力退相干研究。
2025-04-19 quant-ph
Parametric Stability Analysis for Circuit Quantum Electrodynamical Hardwares
针对transmon量子比特在强参数驱动下的无序动力学问题,结合Floquet理论与数值模拟研究电路QED的稳定区域,揭示参数共振阈值及制造参数敏感性,为量子硬件相关性能阈值提供参考。
2025-05-19 quant-ph
Resonant Schrödinger Cat States in Circuit Quantum Electrodynamics
我们提出一种利用连续驱动量子比特在超导谐振器中快速生成薛定谔猫态的方案,无需色散区域或双光子驱动,并通过解析分析与数值模拟验证了其可行性。
2024-01-13 quant-ph
Broadband Bandpass Purcell Filter for Circuit Quantum Electrodynamics
针对电路 QED 中 Purcell 滤波器保护量子比特与限制读取带宽的矛盾,提出并实验实现基于传输线的多级带通 Purcell 滤波器,兼顾寿命保护、宽带测量与多路复用容量。
2023-07-18 quant-ph
Enhancement and state tomography of a squeezed vacuum with circuit quantum electrodynamics
研究了耗散和非经典驱动作用下一般四次相互作用哈密顿量的动力学。我们表明,这种情况下,可以实现与级联超导腔量子比特系统在强色散制度的设置类似于最近的实验。在耗散的存在下,我们发现,一个有效的Hartree型解耦与福克-普朗克方程产生一个很好的近似。我们发现定态近似为一个压缩真空,它被腔的$Q$ -因子增强,但被相互作用守恒。因此,量子位的非线性,并没有显着影响高度压缩腔内微波场,但对于一系列的现实参数,使巡回压缩场的特性。
2015-07-15 quant-ph
Applications of the Fokker-Planck equation in circuit quantum electrodynamics
本文研究了几个非线性开放量子系统稳态行为的精确解,这些系统可应用于电路量子电动力学领域。利用广义P-表象中的Fokker-Planck方程,我们研究了两个基本模型的解析解。首先,我们解决了耦合到近似transmon量子位的线性腔的稳态响应,并使用此解决方案来研究弱和强驱动机制,使用腔场和transmon场的矩的解析表达式,以及transmon的Husimi Q函数。其次,我们重新审视了量子Duffing振子的精确解,该振子同时受到相干和参数驱动,同时也经历了单个光子和成对光子的退相干。我们使用这个解决方案来讨论薛定谔猫态的稳定化和压缩态的产生在参量放大器中,除了研究量子系统的不同相位的Q函数。超导电路领域具有很强的非线性和耦合性,提供了一种新的参数机制,在这种机制中,回到这些精确的量子光学方法可以提供有价值的见解。
2016-12-23 quant-ph
Inducing Non-Classical Lasing Via Periodic Drivings in Circuit Quantum Electrodynamics
我们展示了如何将一对超导量子比特耦合到微波腔模,以设计一个单原子激光器,将光发射到非经典状态。我们的方案依赖于通过量子比特能量的周期性调制来修整量子比特-场耦合。在修饰基中,第一个量子比特的辐射衰变成为一种有效的非相干泵浦机制,将能量注入系统,从而使耗散对我们有利。第二个辅助量子位用于塑造腔内的衰变,以这种方式,在腔模的压缩基础上发生激光。我们用平均场论和精确计算描述了系统的特征.我们的工作在电路量子电动力学中压缩和纠缠的产生以及耗散多体相变的研究中可能有应用。
2014-02-03 quant-ph
Microwave-Induced Amplitude and Phase Tunable Qubit-Resonator Coupling in Circuit Quantum Electrodynamics
在电路量子电动力学体系结构中,可以通过外部电场和磁场控制超导量子比特的谐振频率和与微波场模式的耦合,以探索宽参数范围内的量子比特-光子动力学。在这里,我们通过实验证明和分析了一个方案,用于调谐之间的耦合transmon量子比特和微波谐振器使用一个单一的相干驱动音。我们将transmon视为一个三能级系统,量子比特子空间由基态和第二激发态定义。如果驱动频率与谐振器和量子比特频率之间的差匹配,则诱导Jaynes-Cummings型相互作用,其在幅度和相位上都是可调谐的。我们表明,在我们的设置中可以实现约10 MHz的耦合强度,仅受transmon量子位的非谐性的限制。该方案已成功地用于产生具有受控时间形状的微波光子[Pechal等人,Phys.Rev.X4,041010(2014)],并且可以直接用超导量子器件实现,该超导量子器件具有更大的非谐性以获得更高的耦合强度。
2015-02-12 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
Circuit Quantum Electrodynamics
电路量子电动力学(cQED)是研究超导电路与一维传输线谐振器之间相互作用的一种新方法,在量子信息处理方面有着广阔的应用前景。出于量子计算的目的,通常将人造原子近似为2级量子比特,并且已经花费了大量努力来尝试将这些量子比特与环境隔离,并发明更复杂的控制和测量方案。而不是集中在这些领域的技术方面,本论文探讨了使用这些精心设计的系统来回答基础物理问题的机会。
2010-07-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Method for identifying electromagnetically induced transparency in a tunable circuit quantum electrodynamics system
电磁感应透明(EIT)已经在原子系统中实现,但满足由超导电路制成的人造原子的EIT条件是一项更困难的任务。在这里,我们报告的EIT在一个可调谐的三维transmon探测腔传输的实验观察。为了满足EIT条件,我们利用腔对传输子态的影响来调节传输子的阻尼率。从实验观察,我们清楚地确定EIT和Autler-Townes分裂(ATS)制度,以及过渡制度之间。实验数据还表明,由Akaike信息准则确定的阈值$Ω_{\rm AIC}$比由EIT理论给出的阈值$Ω_{\rm EIT}$更能描述EIT-ATS跃迁.
2016-05-28 quant-ph
Nonreciprocal quantum information processing with superconducting diodes in circuit quantum electrodynamics
University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校)
本文提出利用超导二极管作为非互易元件,实现非互易量子比特耦合和量子纠缠生成,展示了其在量子网络中的应用潜力。
2026-04-20 quant-ph
Circuit quantum electrodynamic model of dissipative-dispersive Josephson traveling-wave parametric amplifiers
本文建立了含衬底损耗和热涨落的约瑟夫森行波参量放大器量子模型,推导出弱信号场解析解,成功预测了非零衬底损耗导致的不对称增益谱及等效输入噪声,并与实验数据高度吻合。
2022-10-18 quant-ph
Critical slowing down in the bistable regime of circuit quantum electrodynamics
本文在 transmon 量子比特耦合微波腔的 cQED 系统中研究 GJC 双稳态动力学,通过阶跃驱动响应测量临界慢化,并用 GJC 模型而非 Duffing 近似解释其随功率饱和的量子激活机制。
2019-07-31 quant-ph
Multi-Target Density Matrix Renormalization Group X algorithm and its application to circuit quantum electrodynamics
针对大规模超导量子比特阵列本征态难精确计算的问题,提出结合 DMRG-X 与多目标 DMRG 的 MTDMRG-X 算法,高效计算强杂化机制下的激发态,促进了大规模超导量子处理器的设计与参数优化。
2025-06-30 quant-ph
Analytical Quantum Full-Wave Solutions for a 3D Circuit Quantum Electrodynamics System
为解决超导电路量子器件数值方法缺乏验证数据的问题,本文提出首个三维波导腔的解析量子全波解,并通过单光子干涉等参数计算验证了其有效性。
2024-01-05 quant-ph
Shortcuts to Adiabaticity for Open Systems in Circuit Quantum Electrodynamics
绝热性的捷径(STA)是强大的量子控制方法,允许快速演化到目标状态,否则缓慢的绝热动力学。这种方法在量子技术中有广泛的应用,并且各种STA协议已经在封闭系统中得到了证明。然而,实现开放量子系统的STA提出了更大的挑战,由于在现有的建议中需要复杂的控制。在这里,我们提出了第一个实验演示的STA开放量子系统,使用超导电路QED系统组成的两个耦合玻色子振荡器和transmon量子比特。通过施加反绝热驱动脉冲,我们减少了一个单一的有损模式的绝热演化时间从800 ns到100 ns。此外,我们提出并实现了一个最佳的控制协议,以实现快速和量子位无条件平衡的多个有损模式。我们的研究结果为加速开放量子系统的动力学铺平了道路,并在设计物理和跨学科的快速开放系统协议中具有潜在的应用,例如加速生物工程和化学反应动力学。
2021-10-18 quant-ph
Superradiance and Phase Multistability in Circuit Quantum Electrodynamics
通过在电路量子电动力学(QED)框架下模拟多个超导量子比特与单个腔的耦合,我们发现使用现有技术应该可以观察到超辐射和相位多稳态。由于电路QED中存在非常大的耦合,我们预测,在存在能量弛豫和非均匀量子位场耦合强度的情况下,超辐射微波脉冲应该只用非常少量的量子位(只有三个或四个)就可以观察到。这为电路QED实现超辐射态的读出和亚辐射态的无消相干子空间态编码铺平了道路。这里考虑的系统也表现出相位多稳态驱动时,大的场振幅,这种效果可能有集体量子比特读出和量子反馈协议的应用。
2011-07-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Planar multilayer circuit quantum electrodynamics
利用超导电路的实验性量子信息处理正在迅速发展,这是由两类设备的创新驱动的,一类涉及平面微制造(2D)谐振器,另一类涉及机械加工的三维(3D)腔。我们证明,电路量子电动力学可以实现在一个多层超导结构,结合2D和3D的优势。我们采用标准的微加工技术来图案化每一层,并依靠层之间的真空间隙来存储电磁能量。平面量子位被光刻地定义为谐振器的导电边界中的孔。我们通过实现一个集成的,两个腔模,一个transmon量子比特系统来演示孔径概念。
2016-05-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Hybrid and scalable photonic circuit cavity quantum electrodynamics
提出一种集成半导体量子点与薄膜铌酸锂微环谐振腔的混合固态cQED平台,通过电光特性实现QDs与腔模式同步光谱调谐,实现确定性片上单光子发射并维持稳定Purcell因子,推进大规模芯片量子网络应用。
2025-04-07 quant-ph
Dynamical Regimes of Finite-Length Transmission Lines in Circuit Quantum Electrodynamics
Università degli Studi di Napoli Federico II(那不勒斯费德里科二世大学);Scuola Superiore Meridionale(南方高等学院);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften(瓦尔特-迈斯纳研究所,巴伐利亚科学院)
研究两个超导量子比特通过有限长度传输线的减少动力学,揭示传输线作为结构化热库或离散多模式耦合器的动态 regime,通过 Breuer-Laine-Piilo 测量识别非马尔可夫放松区域。
2026-06-23 quant-ph
Characteristic spectra of circuit quantum electrodynamics systems from the ultrastrong- to the deep-strong-coupling regime
我们报告的光谱电路量子电动力学(QED)系统在一个中间的制度,位于超强和深强耦合制度,这在以前的文献中已经报道。我们的实验结果,以及数值模拟,表明,随着耦合强度的增加,电路QED系统的频谱经历了多个定性的转变,从而确定了几个耦合制度,每个都有自己独特的光谱特征。不同的光谱变换可以与能级差之间的交叉和能量本征态的对称性的变化有关。这些结果使我们能够使用定性的光谱特征来推断系统的某些性质和参数。
2017-05-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Circuit-quantum electrodynamics with direct magnetic coupling to single-atom spin qubits in isotopically enriched 28Si
硅纳米纤维的最新进展已经允许操纵与噪声源极其隔离的自旋量子位,因此是真空中单个原子的半导体等效物。我们研究了将电子自旋量子比特直接耦合到超导共振器磁真空场的可能性。通过使用经修改以增加量子位位置处的真空磁场的谐振器和同位素纯化的28 Si衬底,可以实现比单自旋退相更快的耦合速率。这为具有自旋的电路量子电动力学开辟了新的途径,并为通过超导谐振器色散读出自旋量子比特提供了途径。
2014-08-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parametric effects in circuit quantum electrodynamics
本文综述了约瑟夫森结超导电路中量子参量现象的研究进展。我们讨论了参数驱动可调谐腔中的物理过程,并概述了其描述的理论基础。详细讨论了简并和非简并参量共振的放大和频率转换,包括量子噪声压缩和光子纠缠。这一领域的实验进展对成功研制用于超导量子信息技术的量子限幅参量放大器起了决定性作用。我们还讨论了非线性下转换过程和实验的自持参数和次谐波振荡。
2019-08-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Entangling distant resonant exchange qubits via circuit quantum electrodynamics
我们研究了一个由空间分离的共振交换量子比特组成的混合量子系统,定义在三电子半导体三重量子点中,通过超导传输线谐振器耦合。借鉴电路量子电动力学和Hartmann-Hahn双共振技术的方法,我们分析了在色散和共振相互作用机制中实现共振介导的双量子比特纠缠门的三种具体方法。我们计算了纠缠门的量子数以及通过声子的弛豫率,在硅三重点中的共振交换量子位,并表明这样的实现是特别适合于实现强耦合制度。我们的方法结合了硅中编码自旋量子比特的良好相干特性和电路QED系统提供的快速而强大的长程纠缠。
2016-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit quantum electrodynamics with a nonlinear resonator
量子光学中研究最多的模型系统之一是一个与存储在腔中的电磁场单模强耦合的二能级原子,这一研究领域称为腔量子电动力学或CQED。CQED最近由于其在所谓的电路量子电动力学(cQED)架构中与超导人工原子和共面谐振器的实现而重新受到关注。在cQED中,由于超导电路的设计灵活性和一维腔中增强的场约束,耦合可以比CQED强得多。这使得基本量子物理和量子信息处理实验的实现具有与CQED中获得的控制程度相当的控制程度。本章的目的是研究原子耦合的谐振腔具有克尔型非线性的情况,使其能级不等距。然后用非线性Jaynes-Cummings哈密顿量描述系统。这大大丰富了物理,因为泵浦非线性谐振腔显示双稳态,参量放大和压缩。强耦合和这些非线性效应的相互作用构成了一个新的量子光学模型系统,可以用超导电路实验实现。本章的结构如下。在第一部分中,我们提出了一个超导克尔非线性谐振器强耦合到transmon量子比特组成的系统。在第二部分中,我们描述了唯一的非线性谐振器的响应到外部驱动。在第三部分中,我们展示了如何使用谐振腔双稳态来执行传输子量子比特的高保真读出。在最后一节中,我们研究了腔内场对量子比特的量子反作用。
2011-11-02 quant-ph
Universal quantum gates on microwave photons assisted by circuit quantum electrodynamics
基于一个微波光子量子处理器,利用第一个超导谐振腔对传输子的频移效应和第二个超导谐振腔与传输子之间的共振作用,在微波光子谐振腔量子点上构造了可控相位门.这种独特的特性为我们提供了一种有用的方法来实现C相门的两个谐振器qudits具有更高的保真度和更短的操作时间,与以前的建议相比。我们的c相门的保真度可以达到99.51%,在93 ns。此外,我们的设备可以很容易地扩展到构建三个量子门上的三个谐振腔qudits,远远不同于现有的建议。我们在三个谐振腔量子点上实现了可控相位门,在传输子量子点的辅助下,其保真度在124.64ns内达到92.92%。
2014-08-01 quant-ph
Perfect squeezing by damping modulation in circuit quantum electrodynamics
耗散驱动的量子态工程利用环境来控制量子系统的状态,并在稳态下保持量子相干性。我们表明,调制微波谐振腔的阻尼率产生任意压缩强度的真空压缩态,从而构成一个机制,允许完美的压缩。给定最近在具有可调阻尼率的微波谐振器的电路QED中的实验实现[Yin等人,物理修订版信函110,107001(2013)],超导电路是实现该技术的理想场所。通过将量子比特色散耦合到微波谐振器,可以获得量子比特态相关的压缩。
2014-01-28 cond-mat.mes-hall 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
Superradiant emission spectra of a two-qubit system in circuit quantum electrodynamics
本文研究了一个最简单的原子系统的自发发射谱和发射衰减率,该系统具有亚辐射和超辐射性质:一个由两个人工原子(超导量子比特)嵌入一维开放波导中的系统。计算是基于R。H. Lehmberg等人对自由空间中二能级原子的自发发射进行了理论描述。我们得到了不同初始双量子位组态的单激发和双激发光子辐射谱和辐射衰减率的显式表达式。对于每一个初始态,我们计算了不同量子比特有效距离下的辐射谱和发射衰减率。在每一种情况下,衰变率与单个量子比特衰变进行比较,以显示给定初始状态的两个量子比特衰变的超辐射或亚辐射性质。
2022-06-29 quant-ph
Quantum simulations with circuit quantum electrodynamics
超导电路已经成为测试量子力学基础和实现高级量子信息协议的领先量子技术。在这一章中,我们为了对量子场论、相对论性量子力学和多体物理(包括费米子和玻色子)进行数字和模拟量子模拟,对电路网络理论和电路量子电动力学的基本概念进行了修正。基于最近在可扩展性、可控性和测量方面的改进,超导电路可以被认为是用于构建可扩展的数字和模拟量子模拟器的有前途的量子平台,与其他先进平台如捕获离子、量子光子学和光晶格相比,超导电路具有独特和独特的特性。
2017-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating Molecular Spectroscopy with Circuit Quantum Electrodynamics
光谱学是通过量子系统与电磁辐射的相互作用来理解量子系统的关键实验室技术。特别是,光谱学能够揭示分子的物理结构,导致了微波激射器的发展-激光的前身。然而,由于计算和技术的限制,分子光谱学的实际应用大多局限于平衡态;利用新兴的量子模拟技术可以实现潜在的突破。在这里,我们的实验表明,超导量子模拟器是能够产生平衡和非平衡态的分子光谱,可靠地产生分子的振动结构。此外,我们的量子模拟器不仅适用于具有广泛的电子-振动耦合强度的分子,其特征在于由黄-里斯参数,但也不容易在正常的实验室条件下访问的分子光谱。这些结果指出了一个新的方向,预测和理解分子光谱学,利用量子模拟的力量。
2017-03-09 quant-ph
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
Ultrawide-range photon number calibration using a hybrid system combining nano-electromechanics and superconducting circuit quantum electrodynamics
我们提出了一个由超导共面波导谐振器耦合到纳米机械弦和transmon量子比特作为非线性电路元件组成的混合系统。我们进行光谱的transmon量子比特和纳米力学字符串。测量transmon量子比特上的ac-Stark位移以及弦上的机电诱导吸收,使我们能够确定微波谐振器中低功率和高功率状态下的平均光子数。通过这种方式,我们测量的光子数相差高达9个数量级。我们发现使用这两种方法的微波谐振腔中的光子数的校准之间的定量协议。我们的实验证明了超导电路,量子电动力学和纳米电动力学在单个芯片上的成功结合。
2018-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonlinear oscillators and high fidelity qubit state measurement in circuit quantum electrodynamics
在本章中,我们分析了量子光学中的Jaynes-Cummings模型在量子比特与腔强耦合时的高激发非线性响应。我们专注于电路量子电动力学架构中的transmon量子比特的参数范围,其中系统本质上表现为非线性量子振荡器,我们分析了量子和半经典动力学。其中一个主要的动机是,在强激发音调下,非线性响应可以导致量子位量子态歧视,我们提出了初步的结果时,量子位和腔共振或远离共振(色散)的情况下。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
A "Single-Photon" Transistor in Circuit Quantum Electrodynamics
我们介绍了一个电路量子电动力学设置为“单光子”晶体管。在我们的方法中,光子通过两个相互作用的transmon量子位耦合在两个开放的传输线中传播。这种相互作用使得在两条传输线之间没有光子交换,但是一条线中的单个光子可以完全阻挡或使能另一条线中的光子的传播。在可行的实验参数下,可以获得高的开关比。我们的方法本质上是可扩展的,因为所有光子脉冲可以具有相同的脉冲形状和载波频率,使得一个晶体管的输出信号可以是连续晶体管的输入信号。
2013-07-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Symmetric reflection line resonator for semiconductor circuit quantum electrodynamics
我们设计并制作了一个半波长反射线谐振器(RLR),它由一对耦合在GaAs/AlGaAs异质结上的微带线组成。通过改变谐振腔下二维电子气的顶栅电压,可以获得大范围的品质因数。二维电子气中的能量损失可以被最小化,从而实现适合于与半导体量子线路集成的通用谐振器。
2013-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient scheme for realizing a multiplex-controlled phase gate with photonic qubits in circuit quantum electrodynamics
基于电路量子电动力学(QED)理论,提出了一种利用多个光子量子比特同时控制一个目标光子量子比特实现多路控制相位门的有效方案。为了方便起见,我们将这种多量子比特门表示为MCP门。该门是通过使用两级耦合器耦合多个腔来实现的。这里的耦合器是一个超导量子比特。该方案很简单,因为门的实现仅需要\textit{one step}操作。此外,该方案是相当通用的,因为每个光子量子比特的两个逻辑状态可以用真空状态和任意非真空状态(例如,Fock态、Fock态的叠加、猫态或相干态等)。其与真空状态正交或准正交。该方案具有一些额外的优点:因为仅使用两级耦合器,即,不利用辅助能级,避免了来自耦合器的较高能级的退相干;门操作时间不依赖于量子比特的数量;并且由于不应用测量,所以确定性地实现门。作为一个例子,我们数值分析了基于电路QED的实验可行性,实现一个三量子比特MCP门与光子量子比特每个编码通过真空状态和猫状态。该方案可以应用于由多个微波或光腔耦合到一个二能级耦合器(如自然或人工原子)组成的广泛的物理系统中,以完成相同的任务。
2022-04-08 quant-ph
Optimal control of two qubits via a single cavity drive in circuit quantum electrodynamics
控制操作的保真度的优化在追求容错量子计算中至关重要。我们应用最优控制技术来证明,通过电路量子电动力学中的腔的单个驱动器可以实现高保真的双量子比特全微波门,该门通过相互的量子比特-腔耦合直接纠缠量子比特。这是通过以量子比特的频率之一驱动来执行的,这会生成条件双量子比特门,但也会生成其他虚假相互作用。这些最佳控制技术用于找到脉冲形状,该脉冲形状可以以高保真度执行这种双量子比特门,对系统参数中的误差具有鲁棒性。模拟都是使用实验相关的参数和约束条件进行的。
2017-04-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Probing the Jaynes-Cummings Ladder with Spin Circuit Quantum Electrodynamics
本文通过提高探测功率和双音频谱学观测自旋 circuit QED 中 Jaynes-Cummings 阶梯的激发态与多光子跃迁,并以输入—输出框架解释既有实验特征。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Higher-dimensional Euclidean and non-Euclidean structures in planar circuit quantum electrodynamics
University of Campinas (UNICAMP)(坎皮纳斯大学)
本文提出利用电路量子电动力学实现高维欧几里得和非欧几里得结构,通过扩展电路设计以容纳更多多边形,展示了其在模拟高维Kagomé-like结构中的应用及平坦带态的分析。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall gr-qc hep-th
Optimal control of circuit quantum electrodynamics in one and two dimensions
在基于超导电路量子电动力学的量子信息处理硬件架构中,最优控制可以显著改善多量子比特门的性能。我们不仅将这种方法应用于腔内两个量子比特的色散门,而且更普遍地应用于基于腔和量子比特的二维阵列的架构。对于高保真度的门操作,控制和耦合在两个耦合维度的腔网格的同时演变被证明是显着快于传统的顺序实现。即使在实验现实的条件下,也可以获得三倍的加速。这些方法立即扩展到大网格和网格上任意量子位对之间的间接门。它们预计将成为可控量子位的2D阵列和晶格的典范。
2010-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lasing without Inversion in Circuit Quantum Electrodynamics
研究了在耗散电磁环境中,耦合到受驱动量子比特的传输线振荡器中光子的产生。先前已经证明,量子比特中的粒子数反转可能导致振荡器的激光态。在这里,我们表明,该电路也可以表现出“无反转激光”的效果。这是可能的,因为与吸收相比,与耗散环境的耦合增强了光子发射,类似于原子系统预测的反冲效应。虽然反冲效应非常微弱,而且到目前为止还难以理解,但这里描述的效应应该可以用现有的电路观察到。分析了对系统参数和环境的要求。
2010-12-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Saturable Purcell filter for circuit quantum electrodynamics
我们考虑一个典型的电路QED设置,其中人工原子编码量子比特,并分散耦合到测量谐振器,该谐振器又耦合到传输线。我们从理论上证明,通过在传输线中放置另一个人工原子作为滤波器,量子比特到传输线的Purcell衰减被抑制。当在传输线中施加强控制场时,滤波器饱和并且有效地关断。这种Purcell滤波能力允许使用单个传输线来控制和测量量子位,同时在没有控制脉冲的情况下保持量子位的长相干时间。我们表明,高保真泡利$σ_x$门的量子位可以实现使用简单的脉冲形状。对于已经使用一条传输线来控制和测量量子位的设备,我们的工作提供了一种完全过滤掉量子位频率的方法,而不排除控制系统的可能性。此外,将所提出的滤波器与频率多路复用相结合,可以使用单个Purcell滤波传输线来控制和测量几个量子比特。这将通过减少所需传输线的数量来增强超导量子处理器的可扩展性。
2023-03-01 quant-ph