Parametric down-conversion in photonic crystal waveguides
光子晶体为非线性光学创造了新的可能性。线缺陷的支持模式适合于生产的光子对材料的二阶非线性，即使相位匹配条件不能满足在散装。这些结构提供了实现特定色散特性和潜在的非常高的亮度的灵活性。在这项工作中，两个相位匹配方案确定和分析其色散特性。
2006-09-13 quant-ph
Superconducting cavity electro-optics: a platform for coherent photon conversion between superconducting and photonic circuits
利用超导电路的量子信息处理能力和光量子的远距离分布能力，有望实现复杂的大规模量子网络。在这样的方案中，超导和光子电路之间的相干和有效的量子换能器是至关重要的。然而，这样的量子换能器仍然是具有挑战性的，因为在当前方案中使用中间激发引入了额外的噪声并限制了带宽。在这里，我们实现了直接和相干之间的转换超导和光子电路的基础上的三重共振电光原理，与集成器件将超导和光学腔在同一芯片上。观察到电磁感应透明，表明微波和可见光之间的相干相互作用。内转换效率为25.9 \pm 0.3%，总转换效率为2.05 \pm 0.04%.超导腔电光具有宽的转换带宽和高的可扩展性，是实现集成混合量子线路和分布式量子计算的重要一步。
2018-05-14 physics.optics quant-ph
Interfacing superconducting nanowire single photon detectors with cryogenic opto-electronics for quantum photonic applications
本研究开发了基于SiGe-BiCMOS平台的低温定制电路，实现了4K及以下温度下商用超导纳米线单光子探测器与低温恒温器内有源光子器件的原位对接，并通过光读出、低延迟前馈调制等实验验证了方案可行性。
2025-01-14 quant-ph
Creation of a Photonic Time-bin Qubit via Parametric Interaction of Photons in a Driven Resonant Medium
提出并分析了一种制备时间离域纠缠模单光子的新方法。我们证明了在非吸收介质中传播的两个不同群速度的单光子脉冲在参量相互作用下在时间上分裂成分离的脉冲。结果表明，单光子“时间仓纠缠”态的纠缠度是可编程的，且易于通过驱动场强度控制.本文讨论了用平衡零拍层析法对产生态的非经典特性和非定域性的实验研究。
2009-12-08 quant-ph
Integrated photonic qubit quantum computing on a superconducting chip
我们研究了一个利用超导芯片上传输线谐振器中的微波光子作为量子比特的量子计算系统。我们表明，量子计算所需的所有控制都可以通过耦合到同一芯片上的约瑟夫森器件来实现，并利用它们固有的强非线性来实现量子比特相互作用。我们分析了门错误率，以证明我们的计划是现实的，即使是有限的退相干时间的约瑟夫森器件。基于现有技术的概念创新解决方案，我们的方案提供了一个集成和可扩展的方法，光子量子位量子计算的下一个关键里程碑。
2009-09-30 quant-ph
Generation of entangled photons via parametric down-conversion in semiconductor lasers and integrated quantum photonic systems
提出并设计了一种高亮度、超紧凑的电泵浦GaAs基激光光源，利用腔内模式匹配参量下转换产生纠缠光子。为了描述高色散和耗散波导中的非线性混合，我们发展了一个非微扰量子理论的波导模式的参数下转换，考虑到模式色散，组和相位失配，传播，耗散和耦合到噪声水库的影响。我们将我们的理论扩展到量子化泵浦场的制度与一个新的方法的基础上的状态矢量的传播方程，解决了非微扰边值问题的参数衰减的量子化单光子泵浦模式，可以推广到包括耗散和噪声的影响。我们的形式主义是适用于各种各样的三波混频传播问题。它为解释实验结果和预测单片量子光子系统的性能提供了方便的解析表达式。
2021-11-21 quant-ph
Quantum limits of superconducting-photonic links and their extension to mm-waves
针对超导-光子链路的效率-噪声权衡问题，提出利用激光产生毫米波信号的方案，演示了4 K下80 GHz的光驱动低温毫米波源，验证了其在超导谐振器光谱测量中的应用，为高温下超导量子比特光子控制提供了可行路径。
2024-06-20 quant-ph
A Phononic Bus for Coherent Interfaces Between a Superconducting Quantum Processor, Spin Memory, and Photonic Quantum Networks
介绍了一种通过压电换能器连接的声学总线实现超导微波量子比特与固态人工原子的基态自旋系统之间的高保真量子态转换的方法。应用目前的实验参数超导电路量子比特和金刚石硅空位中心在一个优化的声子腔，我们估计量子态转换保真度超过99\%，在MHz尺度的带宽。通过结合超导电路量子计算和人造原子的互补优势，混合架构提供高保真量子比特门，其具有长寿命量子存储器、高保真测量、大量子比特数、可重构量子比特连接以及通过光量子网络的高保真状态和门隐形传态。
2020-03-18 quant-ph
Microwave transmission through an artificial atomic chain coupled to a superconducting photonic crystal
发射极与光子晶体的强耦合为实现新颖的量子光-物质相互作用提供了一个强有力的平台。本文研究了耦合到一维超导微波光子晶体的三能级人工原子链的光学性质。在弱输入光场的透射谱中出现了一个尖锐的最小能量谷，揭示了局域束缚态引起的长程相互作用的丰富行为。我们发现当束缚态的局域化长度足够大时，下降频率与人工原子的数目和长程相互作用的特征强度呈线性关系。基于这一观察结果，我们提出了一个简单的模型来计算系统参数的下降频率，这与精确数值计算的结果吻合得很好。我们观察到输出光场的光子-光子关联函数在聚束和反聚束之间的振荡。此外，我们还发现，即使光子晶体与人工原子之间的耦合强度不完全相等，以及人工原子所受的外驱动场的相位不同，该模型仍然有效。因此，我们可以从透射谱中的凹陷位置推断出有价值的系统参数，这为超导微波光子晶体系统的实验研究提供了重要的测量工具。随着微波光子晶体与人造原子耦合的研究取得显著进展，我们的方案有可能在现有的超导电路中实现。
2019-04-15 quant-ph
Efficient parametric generation in a nonlinear photonic crystal pumped by a dual beam
我们研究了六角极化非线性光子晶体中的参量下转换，采用与非线性光栅周期性相匹配的横向调制的双泵浦。这种共振配置的一个独特的特点是，这两个泵同时产生光子对整个分支的模式，通过准相位匹配与两个基本向量的倒易晶格的非线性。因此，这些模式的参量增益相干地取决于两个泵浦振幅的总和，并且可以通过改变它们的相对强度和相位来控制。我们发现，一个显着的提高源转换效率，可比的一维极化晶体，可以实现由双对称泵。我们还展示了如何通过改变双泵浦参数来调整共振时共享模之间的四模耦合。
2019-09-02 physics.optics quant-ph
NbTiN superconducting nanowire detectors for visible and telecom wavelengths single photon counting on Si3N4 photonic circuits
我们展示了铌钛氮化物超导纳米线图案化学计量氮化硅波导检测可见光和红外光子。在硅衬底上的绝缘体上使用氮化硅使我们能够同时实现可见光和红外线的光子电路，并将它们与纳米线检测器直接集成在芯片上。通过在该材料平台中实现行波检测器几何形状，我们实现了两种波长范围的高效单光子检测。我们的探测器是集成量子光学器件的理想选择，因为它们在宽带透明波导材料上提供了至关重要的功能。
2013-02-04 physics.optics 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
Hybrid spin-superconducting quantum circuit mediated by deterministically prepared entangled photonic states
在混合量子系统中，可以通过调节与动态引入的光子的相互作用来获得可控耦合。我们提出了一种混合量子体系结构，由两个氮空位中心合奏耦合到一个可调通量量子比特，包含在传输线上的多模非线性超导共面波导谐振器附加约瑟夫森混合设备。我们讨论了利用纠缠的微波传播光子，通过我们的非线性波混合过程，使之成为宏观上不同的量子态。我们使用这些状态来引导系统，并表明通过进一步放大，我们可以创建一个类似的光子态，它具有更明显的减少其不确定性。此外，我们表明，所有这些导致了一个延长的相干时间，一个合理的保真度衰减到0.94，然后向上增加，稳定在0.6以及加强纠缠。
2019-11-03 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
All optical operation of a superconducting photonic interface
先进的电光处理将电气控制与光学调制和检测相结合。对于量子光子学应用，这些过程必须在单光子水平上以高效率和低噪声进行。集成量子光子学已经取得了很大的进步，通过将关键组件组合在由外部驱动电子器件操作的集成芯片上来实现单光子操纵。然而，驱动电子器件和电光部件之间的电互连（其中一些需要低温操作条件）可能引入寄生效应。在这里，我们展示了一个全光接口，同时提供的操作电源，并提取测量信号，先进的光子电路，即偏置和读出的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）在一个单一的阶段，在1K低温恒温器。为此，我们仅使用光学互连为单光子探测器、输出信号调节和电光读出提供所有电源，从而将低温电路与外部环境完全解耦。这消除了对电气连接的需求，并可能提供低损耗，高带宽的信号处理。这种方法为其他先进的电解耦光子电路的操作提供了可能性，例如超导电路的光学控制和读出，以及光子量子计算的前馈。
2023-02-23 physics.optics quant-ph
Manipulating multiple optical parametric processes in photonic topological insulators
本文提出在模拟量子谷霍尔效应的光子拓扑绝缘体中，利用两种拓扑边缘模式和四波混频实现光学参量放大、分频及频率纠缠双光子产生，并展示其拓扑保护鲁棒性。
2024-01-12 physics.optics quant-ph
A Unidirectional On-Chip Photonic Interface for Superconducting Circuits
我们提出并分析了一种实现片上可扩展级联量子器件的无源架构。与标准方法相比，我们的方案不依赖于破坏洛伦兹互易性。相反，我们设计了超导transmon量子比特对和微波传输线之间的相互作用，使得两个离域正交激发发射（和吸收）沿相反方向传播的光子。我们展示了如何利用这种级联的量子器件来被动地探测和测量静止量子比特的量子寄存器上的复杂多体算子，从而实现遥远量子比特之间的量子态的预示性转移，以及用于量子纠错的稳定码的生成和操纵。
2019-11-06 quant-ph
Simulation and Analysis of Superconducting Traveling-Wave Parametric Amplifiers
超导参量放大器在超导量子比特和探测器的量子限制读出方面有很大的应用前景。直到最近，大多数超导参量放大器都是基于谐振结构，限制了它们的带宽和动态范围。基于超导薄膜非线性动力学电感和约瑟夫森结的宽带行波参量放大器正在研制中。通过修改放大器电路的色散特性，称为色散工程，可以大大提高增益并减小尺寸。我们提出了两个分析和理解这种参量放大器的理论框架：（1）广义耦合模方程和（2）结合小信号分析的时域有限差分（FDTD）模型。我们将展示如何使用这些分析和数值工具来了解器件性能。
2015-01-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Input-output theory for superconducting and photonic circuits that contain weak retro-reflections and other weak pseudo-cavities
输入输出理论对于处理由传输线或波导连接的超导和光子电路是非常宝贵的。然而，该理论通常不能处理来自电路组件或分束器配置的回射产生用于连接系统的行波场的环路的情况。在这里，根据高夫和詹姆斯的网络收缩理论[Commun. Math.Phys.287，1109（2009）]，我们提供了一种紧凑且强大的方法来处理包含这种回路的任何回路，只要由回路形成的有效腔足够弱。基本上，只要形成环路的反射器不是特别高的反射，所有当今的片上超导和光子电路都将满足这种弱点条件。作为一个例子，我们分析了两个量子比特之间的传输纠缠与不完美的循环器的传输线连接的问题，新方法是必不可少的问题。我们得到一个完整的解决方案的最佳接收器，发送方采用一个简单的打开/关闭。该解决方案表明，即使具有显著的回射，也可以实现近乎完美的透射。
2018-06-07 quant-ph
Superconducting single-photon detectors for integrated quantum photonics
Bauman Moscow State Technical University（鲍曼莫斯科国立技术大学）；Dukhov Automatics Research Institute (VNIIA)（杜霍夫自动学研究院）
本文综述了超导纳米线单光子探测器在集成量子光子学中的发展，涵盖器件架构、材料工程及集成策略的进展，并讨论性能基准、新兴设计及未来挑战。
2026-05-14 physics.optics quant-ph
Photonic quantum computing on thin-film lithium niobate: Part I Design of an efficient heralded single photon source co-integrated with superconducting detectors
本文在薄膜铌酸锂平台上提出一种与超导纳米线探测器共集成的预示单光子源设计，利用PPLN波导和光栅耦合器实现高效集成，可服务于融合量子计算和压缩光应用。
2023-11-15 quant-ph
Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link
实现通用量子计算机的革命性承诺将需要具有数百万量子比特（qubit）的处理器。在超导量子处理器中，每个量子比特都是用微波信号线单独寻址的，微波信号线将室温电子设备连接到量子线路的低温环境。与每个量子位的多条同轴线相关的复杂性和热负荷将处理器的可能大小限制在几千个量子位。在这里，我们介绍了一种光子链路，采用光纤将调制激光从室温引导到低温光电探测器，能够直接在毫开尔文温度下提供散粒噪声限制的微波信号。通过演示超导量子比特的高保真控制和读出，我们表明，这种光子链路可以满足超导量子信息处理的严格要求。利用光纤的低热导率和大的固有带宽，可以有效地大规模多路传输相干微波控制脉冲，为实现百万量子位通用量子计算机提供了一条途径。
2020-09-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Ultrastrong parametric coupling between a superconducting cavity and a mechanical resonator
我们提出了一种新的光机械装置，其中的微机械膜的运动耦合到一个三维超导腔的微波谐振。通过这种结构，我们实现了超强的参数耦合，其中耦合率不仅超过了系统中的耗散率，而且还可以与机械频率本身相媲美。在这种情况下，光机械相互作用引起的频率分裂之间的杂交正常模式，达到88%的裸机械频率，由基本参数不稳定性的限制。这种耦合也超过了机械热退相干速率，使超快量子态转移和纠缠产生的新应用成为可能。
2019-06-26 quant-ph
Realization of Superadiabatic Two-qubit Gates Using Parametric Modulation in Superconducting Circuits
快速、鲁棒、低串扰的双量子比特门操作是可扩展量子信息处理的关键。参数驱动门对串扰不敏感，而超绝热控制可以在不损失精度的情况下提高门的速度。我们提出并实验实现了超导量子线路上的超绝热双量子比特门。我们的研究结果表明，在接近量子极限的门速度绝热保存，除了对控制不稳定的鲁棒性。我们展示了一个CZ门的错误率为5.8 $\%$，主要受量子位退相干，有前途的未来改进和可扩展的实现。
2019-11-28 quant-ph
Parametric phase modulation in superconducting circuits
Nanjing University（南京大学）；Suzhou Campus of Nanjing University（南京大学苏州校区）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文提出了一种通过调整参数化磁通脉冲之间的相位来调制超导电路中量子比特耦合强度的方法，实现了广泛耦合强度范围，适用于量子模拟和门操作。
2025-11-22 quant-ph
High-fidelity conversion of photonic quantum information to telecommunication wavelength with superconducting single-photon detectors
我们实验证明了一个高保真的可见光到电信波长转换的光子通过使用基于固态的差频产生。在实验中，在780 nm处的皮秒可见纠缠光子对的一半被转换为1522 nm的光子，导致在780 nm和1522 nm之间的纠缠光子对。使用超导单光子探测器与低暗计数率和小的定时抖动，我们有选择地观察到定义良好的时间模式包含两个光子。波长转换后，我们获得了$0.93 \pm 0.04$的保真度，表明我们的基于固态的方案可以用于对由各种介质组成的量子存储器发射的可见光子进行忠实的频率下转换。
2012-07-06 quant-ph
Theory of the photonic Joule effect in superconducting circuits
本文理论上证明超导电路中的光子热库可被小系统显著加热，导致约瑟夫森结I-V曲线定性改变，即光子焦耳效应，对量子技术高阻抗环境应用至关重要。
2025-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Parametrically-controlled microwave-photonic interface for the fluxonium
针对通量子因宇称对称性无法直接进行腔边带跃迁的问题，研究人员利用三波混频元件耦合通量子与谐振器，通过微波参量转换实现光子接口，完成95%以上保真度的快速重置及飞行光子的受控释放与时域整形，为通量子基远程纠缠架构提供支持。
2024-12-14 quant-ph
Observation and manipulation of quantum interference in a superconducting Kerr parametric oscillator
本文通过Wigner层析成像在平面超导电路中直接观测了由量子隧穿引起的量子干涉，并执行门操作对其进行操控，为超导Kerr参量振荡器在量子信息技术中的应用奠定基础。
2024-01-06 quant-ph
A kilometer photonic link connecting superconducting circuits in two dilution refrigerators
针对超导量子处理器扩展受制冷机限制的问题，研究团队利用一对氮化铝电光转换器和1公里光纤，首次实现两台独立稀释制冷机中超导电路的相干信号传输，转换效率较商用器件提升80 dB，为可扩展超导量子网络提供关键设计指导。
2025-08-04 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Coherent transfer via parametric control of normal-mode splitting in a superconducting multimode resonator
National Central University（中央大学）；National Tsing Hua University（清华大学）；Academia Sinica（中央研究院）；Taiwan Semiconductor Research Institute（台湾半导体研究所）
本研究通过参数控制正常模分裂，在超导多模谐振器中实现微波的相干存储与检索，提供了一种新的量子记忆方案。
2025-12-17 quant-ph
Poling-free Spontaneous Parametric Down Conversion without for Silicon Carbide and Lithium Niobate photonics
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Qubit Pharmaceuticals（量子制药公司）
本文提出一种无需周期极化的SPDC器件，适用于硅碳化物和铌酸锂平台，通过模式转换和相位匹配实现宽频带光子生成，简化了光子源并促进了CMOS兼容的非线性光学平台发展。
2026-04-20 physics.optics quant-ph
Single-shot Readout of a Superconducting Qubit using a Josephson Parametric Oscillator
我们提出并证明了一种新的超导量子比特的读出技术，通过色散耦合到约瑟夫森参量振荡器。我们采用了一个可调谐的四分之一波长超导谐振器和调制其谐振频率的两倍，其值与振幅超过阈值的参数不稳定性。我们将量子比特态映射到两个不同的经典参量振荡态：一个振荡态，谐振器中有$185\pm15$光子，另一个振荡振幅为零。这种高对比度避免了随后的量子限制放大器。我们证明了原理证明，单次读出性能，并提出了一个错误预算，表明这种方法可以超过量子计算所需的保真度阈值。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Four-body coupler for superconducting qubits based on Josephson parametric oscillators
提出基于 JPOs 的超导量子比特四体耦合器电路，通过调节电容或 Josephson 结面积比显著增强四体耦合常数。
2025-04-23 quant-ph
Spectroscopic estimation of the photon number for superconducting Kerr parametric oscillators
本文提出通过将辅助量子比特耦合到超导Kerr参量振荡器并进行光谱测量，从而实现对KPO光子数的可行估计，为基于KPO的量子退火提供精确控制手段。
2022-09-02 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
Heralded creation of photonic qudits from parametric down conversion using linear optics
我们提出了一个实验方案，产生，在一个预示的方式，任意量子叠加的双模光学状态与固定的总光子数$n$的基础上弱压缩双模压缩态资源（通过弱参量下转换），线性光学，和光子探测。任意的$d$级（qudit）状态可以通过这种方式创建，其中$d=n+1$ .此外，我们实验证明我们的计划$n=2$。通过光学零差层析成像，其特征在于所得到的qutrit状态。我们还讨论了可能的扩展到两个以上的模式的结论，在一般情况下，我们的方法在这种情况下停止工作。为了说明和关于可能的应用，我们明确地计算了一些例子，例如NOON状态和逻辑量子比特状态，用于量子纠错。特别是，我们的方法使人们能够构建玻色子量子位纠错码对振幅阻尼（光子损失）与典型的抑制$\sqrt{n}-1$损失和跨越两个逻辑码字，每个对应于一个$n$光子叠加两个玻色子模式。
2017-10-24 quant-ph
Efficient and flexible preparation of photonic NOON states in a superconducting system
Fujian Key Laboratory of Quantum Information and Quantum Optics, Fuzhou University（福建量子信息与量子光学重点实验室，福州大学）；Department of Physics, Fuzhou University（福州大学物理系）；School of Physics, Hangzhou Normal University（杭州师范大学物理学院）；Quantum Information Physics Theory Research Team, Center for Quantum Computing, RIKEN（理研量子计算中心量子信息物理理论课题组）
本文提出一种在超导系统中利用微波谐振腔和辅助五能级四能级制备NOON态的高效协议，通过调整外部经典场实现任意光子数N的制备，具有高保真度和灵活性。
2026-03-18 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
Period multiplication in a parametrically driven superconducting resonator
本文报道了参量驱动可调谐超导谐振器中周期倍增的实验观察。我们调制的磁通量通过超导量子干涉装置，连接到一个四分之一波长的谐振器，与频率$nω$接近的倍数，$n=2,\,3,\,4,\,5$，谐振器的基本模式和观察强烈的输出辐射在$ω$。输出场相对于相位表现出$n$倍简并性，$n$态相对于彼此相移$2π/n$。我们的演示验证了Guo等人在PRL 111，205303（2013）中的理论预测，并为利用微波光子设计复杂的宏观量子猫态铺平了道路。
2018-02-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parametric Oscillation of a Moving Mirror Driven by Radiation Pressure in a Superconducting Fabry-Perot Resonating System
在高Q超导法布里-珀罗谐振器系统中，薄膜超导反射镜一侧受辐射压力驱动，另一侧受库仑力驱动，可以成为产生微波的参量振荡器。傍轴波分析表明，参量振荡所需的基本谐振器本征模是TM 011模。提出了一种双法布里-珀罗结构，使抽运模和闲频模产生谐振，但抑制了寄生反斯托克斯模。根据泵浦光与信号模和闲频模的辐射-压力耦合关系，估算了振荡阈值，表明该实验是可行的。
2012-07-30 physics.optics quant-ph
Parametric resonance in tunable superconducting cavities
我们发展了一个超导可调谐腔的参量共振理论。考虑了由SQUID附加到腔体引入的非线性，以及由于腔体连接到传输线而引起的阻尼。我们详细研究了腔场的非线性经典动力学的参数阈值以下和以上的退化参数共振，具有制度的多稳定性和参数辐射。我们调查的相敏放大的外部信号的谐振，以及放大失谐的信号，并与放大器的性能的线性参量放大器。我们还讨论了该器件在色散量子比特读出中的应用。除了腔的经典响应之外，我们还研究了放大的经典信号周围的小量子涨落。我们评估的噪声功率谱都在腔中的内部场和输出场。其他量子统计特性的噪声解决，如压缩谱，二阶相干性，和双模纠缠。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Interacting Qubit-Photon Bound States with Superconducting Circuits
强耦合到光子晶体的量子比特引起许多奇异的物理场景，开始于单激发和多激发量子比特-光子修饰的束缚态，包括以量子比特为中心的诱导的空间局域光子模式和量子比特本身。这些状态的局域化随着量子比特从带边的失谐而变化，提供了一种原位控制束缚态相互作用的途径。在这里，我们提出了一个设备的实验结果与两个量子比特耦合到超导微波光子晶体和实现可调谐的现场和内部束缚态相互作用。我们观察到一个四阶双光子虚过程之间的束缚态表示强耦合之间的光子晶体和量子比特。由于它们的局域依赖相互作用，这些状态提供了创建一维束缚态链的能力，这些束缚态链具有可调和潜在的长程相互作用，这些相互作用保留了量子比特的空间组织，这是实现某些量子多体模型的关键标准。广泛可调的，强大的和强大的相互作用表明，这个系统是有前途的基准实现更大，更复杂系统的束缚态。
2018-01-30 quant-ph
Efficient two-qutrit gates in superconducting circuits using parametric coupling
针对耦合 qutrit 门因耗时长而保真度低的问题，提出基于两次部分态交换、局部操作和参数耦合的两 qutrit CZ 门方案。
2024-04-04 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
A photonic crystal Josephson traveling wave parametric amplifier
将尽可能接近量子极限的噪声性能与大带宽和高饱和功率相结合的放大器对于许多固态量子技术（例如，高保真度量子位读出或高灵敏度电子自旋共振）是非常期望的。本文介绍了一种基于超导量子干涉器件的新型行波参量放大器。该器件具有3 GHz带宽、-102 dBm 1 dB压缩点和接近量子极限的附加噪声。与现有技术相比，它的结构紧凑了一个数量级，其特性阻抗是原位可调的，其制造过程只需要两个光刻步骤。关键是在传输线的色散关系中设计间隙。这是使用SQUID尺寸的周期性调制来获得的，类似于使用光子晶体所做的。此外，我们提供了一种新的理论处理方法来描述非线性与这种周期性之间的非平凡相互作用。我们的方法提供了一条与其他量子器件（如量子比特）共集成的途径，因为我们的放大器占用空间小，易于制造。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-degenerate parametric resonance in tunable superconducting cavity
我们发展了一个可调谐超导腔中非简并参量共振的理论。我们专注于非线性效应所造成的非线性约瑟夫森元件连接到腔。我们分析了参数放大在一个强的非线性政权的参数不稳定性阈值，并计算最大增益值。在阈值以上，在参量振荡器状态下，线性腔响应在所有泵浦强度下在振荡器频率处发散。我们表明，这种分歧是有关的连续简并的自由振子状态的相位。应用共振输入提升简并消除发散。我们还研究了量子噪声压缩。结果表明，在强放大区，噪声经历四模压缩，并且在此区的输出信噪比可以显着超过输入值。我们还分析了模间频率转换，并确定在实现完全转换的参数。
2017-04-17 cond-mat.supr-con quant-ph
Millimeter wave to terahertz compact and low-loss superconducting plasmonic waveguides for cryogenic integrated nano-photonics
等离子体激元作为一个快速发展的研究领域，提供了新的途径来引导和调制微波中的高度受限的光到光学频率范围。我们展示了一个等离子体缝隙波导，在纳米尺度上，基于高转变温度超导体BSCCO，以促进表现的芯片级毫米波太赫兹集成电路在低温下工作。我们研究了几何参数对100 GHz和500 GHz之间的BSCCO等离子体缝隙波导的模式特性的影响。此外，我们还研究了纳米级超导缝隙波导模式特性的热传感，表明在较低的频率下，波导的基模具有较大的传播长度、较低的有效折射率和较强的局域模式能量。此外，我们发现，我们的设备提供了一个更大的SPP传播长度和更高的场限制比金等离子体波导在宽的温度范围低于BSCCO Tc。该器件为实现纳米尺度低温低损耗光子集成电路开辟了一条新的途径。
2021-06-16 physics.optics 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
Heterogeneously integrated, superconducting silicon-photonic platform for measurement-device-independent quantum key distribution
集成光子学为量子密钥分发（QKD）器件的小型化和性能提升提供了一条途径。实现离散变量QKD的关键元件是单光子探测器。非常希望将检测器集成到光子芯片上，以实现实用和可扩展的量子网络。我们实现了一个集成异质超导硅光子芯片。利用我们的光波导集成超导探测器独特的高速特性，我们对两个独立激光器产生的时间仓编码量子比特进行了第一次最佳贝尔状态测量（BSM）。最优BSM使得测量设备无关的QKD的密钥速率增加，这是免疫于针对检测系统的所有攻击，因此提供了具有不可信中继的QKD网络的基础。再加上时间复用技术，我们已经提高了筛选的关键率几乎一个数量级。在125 MHz的时钟速率下，我们获得了6.166 kbps的安全密钥速率，超过24.0 dB的损失，这是最先进的MDI-QKD实验结果与GHz的时钟速率。结合集成的QKD发射机，一个可扩展的，基于芯片的和具有成本效益的QKD网络应该在不久的将来成为现实。
2021-10-30 physics.optics quant-ph
Error analysis in suppression of unwanted qubit interactions for a parametric gate in a tunable superconducting circuit
我们在实验上展示了一个基于可调谐耦合器的超导电路中的参数iSWAP门，用于实现连续的可调谐性以消除不必要的量子比特相互作用。我们通过在耦合器上施加快通量偏置调制脉冲来实现两量子比特iSWAP门，以开启计算量子比特之间的参数交换相互作用。可控相互作用可以提供额外的自由度来验证构造参数门的最佳条件。为了全面研究双量子比特门的误差来源，我们进行了量子过程层析测量和数值模拟，随着静态ZZ耦合强度的变化。定量计算了两量子比特门操作中动态ZZ耦合寄生效应，并从退相干、动态ZZ耦合和高阶振荡项中提取了特定的门误差.结果表明，主要的门误差来自退相干，而动态ZZ耦合和高阶振荡误差的增加降低了参数门的性能。这种方法以前尚未探索过，它提供了一个指导原则，通过抑制不需要的量子位相互作用来提高参数iSWAP门的门保真度。这种可控的相互作用，连同参数调制技术，是理想的无串扰的多量子比特量子线路和量子模拟应用。
2020-08-28 quant-ph
A Cryogenic Hybrid Photonic/CMOS Controller Architecture for Scalable Superconducting Qubit Control
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）
提出一种4K混合光子/CMOS控制架构，通过光纤分发共享脉冲模板，结合低温CMOS电路实现本地编程，降低功耗并支持单/双量子门生成，为可扩展超导量子比特控制提供可行方案。
2026-09-03 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
Single-shot readout of a superconducting flux qubit with a flux-driven Josephson parametric amplifier
本文报道了利用磁通驱动约瑟夫森参量放大器（JPA）实现超导磁通量子比特的单次读出。在优化读出功率、JPA增益和数据采集时间后，我们观察到了对比度为74%的拉比振荡，这主要受到JPA带宽和量子比特能量弛豫的限制。在连续监测下观察到的量子比特本征态之间的量子跳跃表明读出方案的非破坏性。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
