Full-Wave Methodology to Compute the Spontaneous Emission Rate of a Transmon Qubit

超导电路中用于被动抑制Purcell衰变的内禀多模干涉

Intrinsic Multi-Mode Interference for Passive Suppression of Purcell Decay in Superconducting Circuits

本文提出一种利用超导电路内禀多模结构化环境实现破坏性干涉的被动方法，通过引入几何不对称性（如局部扰动transmon电容器）抑制辐射衰变，并经理论、仿真与对称破缺transmon量子比特实验验证了相干时间的改善。

可扩展的fluxonium量子处理器系统级设计与双transmon耦合器

System-Level Design of Scalable Fluxonium Quantum Processors with Double-Transmon Couplers

本文提出了一种基于双transmon耦合器的fluxonium量子处理器系统设计方法，通过频率分区架构实现高保真单双量子门操作、快速量子比特重置和鲁棒色散读取。

Fundamental limits of superconducting quantum computers

The Continuous Spontaneous Localization (CSL) model is an alternative formulation of quantum mechanics which introduces a noise coupled non linearly to the wave function to account for its collapse. We consider CSL effects on quantum computers made of superconducting transmon qubits. As a direct effect CSL reduces quantum superpositions of the computational basis states of the qubits: we show the reduction rate to be negligibly small. However, an indirect effect of CSL, dissipation induced by the noise, also leads transmon qubits to decohere, by generating additional quasiparticles. Since the …

超导电路中的光物质解耦和$A^2$项检测

Light-matter decoupling and $A^2$ term detection in superconducting circuits

我们研究了量子比特与一维波导通过实际的最小耦合相互作用的自发发射。我们表明，抗磁项$A^2$导致一个有效的解耦的一个单一的量子比特的电磁场。这种效应在任何量子比特-光子耦合范围内都可以观察到。为此，我们研究了一个设置，其中包括一个transmon是暂停在传输线。我们证明了$A^2$项的相对强度受量子位线分离的控制，并表明，因此，悬浮transmon到线上的自发发射率可以随着这种分离而增加，而不是减少。

波导量子电动力学中的超导超材料

Superconducting metamaterials for waveguide quantum electrodynamics

在光子带隙结构中嵌入可调谐量子发射器使得能够控制发射器与其光子浴之间的耗散和色散相互作用。在传输带中的操作，在间隙之外，允许在慢光制度中研究波导量子电动力学。或者，将发射极调谐到带隙中导致经由束缚光子态的有限范围发射极-发射极相互作用。在这里，我们将transmon量子比特耦合到具有深亚波长晶格常数（$λ/60$）的超导超材料。该超材料通过周期性地向传输线加载紧凑、低损耗、低无序的集总元件微波谐振器来形成。我们探测系统的相干和耗散动力学通过测量兰姆位移和transmon量子比特的寿命的变化。在带边附近调谐量子比特频率，群指数为$n_g = 450$，我们观察到10 MHz的反常兰姆位移，伴随着量子比特寿命的24倍增强。此外，我们证明了选择性增强和抑制不同transmon跃迁的自发发射，这提供了同时访问长寿命的亚稳态量子比特状态和状态强烈耦合到传播波导模式。

混合超导-半导体门控量子比特中的结内损耗

Junction-Intrinsic Dissipation in Hybrid Superconductor-Semiconductor Gatemon Qubits

研究发现门控量子比特的退相干时间较短，原因在于结内固有损耗，通过对比不同结构的量子比特，揭示了温度无关的结内损耗主导了退相干时间限制。

利用量子比特的自发发射作为反馈控制的资源

Using Spontaneous Emission of a Qubit as a Resource for Feedback Control

通过基于其荧光的连续外差测量的反馈协议来执行对transmon量子比特的持久控制。通过用微波信号驱动量子比特和腔，其幅度线性地依赖于测量的荧光场的正交的瞬时值，我们表明，可以将量子比特永久稳定在任何目标状态。使用约瑟夫森混频器作为相位保持放大器，可以达到总的测量效率$η$ = 35%，导致最大59%的激发和44%的稳定状态的相干性。实验证明了多输入多输出模拟马尔可夫反馈的量子制度。

Coherent Control of Collective Spontaneous Emission through Self-interference

As one of the central topics in quantum optics, collective spontaneous emission such as superradiance has been realized in a variety of systems. This work proposes an innovative scheme to coherently control collective emission rates via a self-interference mechanism in a nonlinear waveguide setting. The self-interference is made possible by photon backward scattering incurred by quantum scatterers in a waveguide working as quantum switches. Whether the interference is constructive or destructive is found to depend strongly on the distance between the scatterers and the emitters. The interferen…

拓扑量子纠错码的总线布局方法

Methodology for bus layout for topological quantum error correcting codes

大多数量子计算架构可以实现为相互作用的量子比特的二维晶格。我们将transmon量子比特和传输线谐振器作为量子比特和耦合器的有希望的候选者;我们将它们用作量子代码的基本构建元素。然后，我们提出了一个简单的框架，以确定最佳的实验布局，实现量子代码。我们表明，这个工程优化问题可以减少到标准的二进制线性规划的解决方案。虽然解决这样的程序是一个NP难问题，我们提出了一种方法来找到可扩展的最佳架构，需要解决有限数量的量子位和耦合器的线性规划。我们将我们的方法应用到两个著名的量子码，即表面码和Fibonacci码。

用于X射线超荧光的厄米随机方法

Hermitian stochastic methodology for X-ray superfluorescence

针对X射线放大自发辐射随机模型的发散与数值不稳定问题，提出微扰处理随机分量的厄米形式体系，可统一描述各发射阶段并使单次随机实现对应单次实验观测。

开放多模腔中超导量子比特的非马尔可夫动力学

Non-Markovian dynamics of a superconducting qubit in an open multimode resonator

我们研究了一个transmon量子比特的动力学，它是电容耦合到一个开放的多模超导谐振器。我们的有效方程是通过消除谐振器的自由度，同时编码它们的电磁背景的格林函数的效果。我们占耗散的谐振器正是通过采用一组非厄米模式的格林函数的频谱表示，并表明它是可能的，而不诉诸旋转波，两个层次或马尔可夫近似推导出有效的海森堡-朗之万方程。一个良好的时域微扰理论推导出系统的非线性transmon帐户。我们将这种方法应用于自发发射问题，准确地捕获量子比特动力学的非马尔可夫特征，适用于任何量子比特-谐振器耦合强度。

Transmon量子比特的快速噪声光谱分析

Expedited Noise Spectroscopy of Transmon Qubits

针对传统量子比特噪声光谱耗时且难以追踪时变噪声的问题，本文用简单动力学解耦序列结合预训练CNN快速预测多量子比特噪声谱，并在IBM Quantum上验证及定制动态解耦。

在量子计算机上模拟量子光子学

Modelling quantum photonics on a quantum computer

本文提出在量子计算机上构建光学器件的“量子副本”以替代传统方程建模，并以薄吸收膜量子干涉实验为例，在IBM超导量子比特上精确复现了完全吸收与完全透射现象，展示了该方法在复杂多光子光学建模中的潜力。

耦合到超导电路量子比特的两个氮空位中心系综纠缠的任意控制

Arbitrary Control of Entanglement between two nitrogen-vacancy center ensembles coupling to superconducting circuit qubit

提出了一种在混杂系统中实现具有集体氮空位中心系综（NVE）玻色子模的J-C模型的有效方案。具体地，可控transmon量子比特可以交替地与两个NVE中的一个相互作用，这导致产生$N$粒子纠缠态。给出了任意$N$粒子纠缠态、NOON态、N维纠缠态和纠缠相干态。通过数值模拟分析了真实缺陷和退相干效应。由于在整个过程中没有腔光子或NV中心的激发能级被填充，我们的方案对NVE的腔衰减和自发发射不敏感。这一思想为利用现有技术实现NVE-电路腔量子信息处理提供了一种可扩展的途径。

无自发散射的微阱阵列无激光囚禁离子量子模拟

Laserless trapped-ion quantum simulations without spontaneous scattering using microtrap arrays

我们提出了一个架构和方法，大规模的量子模拟使用超精细态的捕获离子在一个任意布局的微阱阵列与激光相互作用。在每个位置处捕获离子，并且电极结构提供仅使用局部产生的微波和射频场的单个和成对演化算子的应用。在演化过程中避免短暂的原子能级有效地消除了由于自发散射引起的误差;这可能允许基于捕获离子的量子模拟器缩放到比目前估计的大得多的系统。这样的配置也可以特别适合于具有捕获离子簇状态的单向量子计算。

利用超导量子比特动态解耦提高保真度的演示

Demonstration of fidelity improvement using dynamical decoupling with superconducting qubits

量子计算机必须能够在存在退相干的情况下运行。减少退相干的最简单的策略是动态退耦（DD），其不需要编码开销，并且通过将量子门转换成退耦脉冲来工作。在这里，使用IBM和Rigetti平台，我们证明了DD方法适合在当今相对嘈杂和小规模的基于云的量子计算机中实现。使用DD，我们实现了相当大的保真度增益相对于未受保护的，自由进化的个人超导transmon量子比特。在较小的程度上，DD也能够保护纠缠的两量子比特态。我们发现，失相和自发发射的错误是占主导地位的，在这些系统中，不同的DD序列能够减轻这两种影响。与以前的工作表明使用量子纠错码在相同的平台上，我们没有使用后选择，因此报告无条件的保真度改善自然退相干。

多模强耦合腔量子声学器件

Cavity quantum acoustic device in the multimode strong coupling regime

我们研究了电路量子电动力学的声学模拟，便于紧凑的高Q（${>}20,000$）微波频率腔与密集的频谱。我们制造和表征了一种器件，该器件包括耦合到$300\,\mathrm{μm}$长表面声波谐振器的通量可调transmon。对于某些模式，量子位-腔耦合达到$6.5\,\mathrm{MHz}$，超过腔损耗率（$200\,\mathrm{kHz}$）、量子位线宽（$1.1\,\mathrm{MHz}$）和腔自由光谱范围（$4.8\,\mathrm{MHz}$），使器件处于强耦合和强多模状态。随着量子比特从腔中失谐，我们表明，色散位移的行为根据广义Jaynes-Cummings哈密顿量的预测。最后，我们观察到，量子位线宽强烈依赖于它的频率，预期的自发发射的声子，我们确定的工作频率，这种发射率被抑制。

超快量子随机数产生的强实验保证

Strong experimental guarantees in ultrafast quantum random number generation

我们描述了量子随机数生成（QRNG）实验声明的证明方法和标准，类似于精密测量的成熟方法。对于适当构造的物理实现，量子对平均最小熵的贡献的下限可以从对QRNG输出的测量中导出。给定这些界限，随机性提取器允许生成几乎完美的“ε-随机”比特流。实验不确定性的分析，然后给出实验得出的这些序列的ε随机性的置信水平。我们证明了该方法的应用程序相扩散QRNG，驱动的自发发射作为一个可信的随机性源。所有其他因素，包括经典的相位噪声、幅度波动、数字化误差和由于有限检测带宽引起的相关性，都要谨慎对待，即，假设最坏的可能行为与观察结果一致。采用数据约束下的数值优化方法对不可信参数的分布进行优化，以降低平均最小熵。在这种偏执的分析下，QRNG仍然有效，在0.99993的置信水平下，用8位数字化产生每个符号至少2.3个量子随机位，用二进制数字化产生每个符号至少0.83个量子随机位。结果表明，超快QRNG具有强有力的实验保证。

高效稳健的自发参量下转换 via 调制复合段设计

Efficient Robust Spontaneous Parametric Down-Conversion via Detuning Modulated Composite Segments Designs

本文提出了一种通过调制复合段设计提高SPDC过程稳定性和错误容忍性的方法，实验显示其在温度波动下的光子对生成稳定性提升了七倍。

量子叠加相位控制的功率转移观测

Observation of a power transfer controlled by the phase of a quantum superposition

研究通过超导传输子量子比特与两条传输线耦合，观察到功率流方向由量子比特叠加相位$\phi$控制，随$\cos\phi$变化，最大相干性时效率达$63\%$，接近理论界限，揭示了量子叠加相位对功率转移的独特控制作用。

An integrated photonic circuit for color qubit preparation by third-order nonlinear interactions

This work presents a feasible design of an integrated photonic circuit performing as a device for single-qubit preparation and rotations through the third-order nonlinear process of difference frequency generation (DFG) and defined in the temporal mode basis. The first stage of our circuit includes the generation of heralded single photons by spontaneous four-wave mixing in a micro-ring cavity engineered for delivering a single-photon state in a unique temporal mode. The second stage comprises the implementation of DFG in a spiral waveguide with controlled dispersion properties for reaching co…

开路-QED系统的Heisenberg-Langevin形式

Heisenberg-Langevin Formalism For Open Circuit-QED Systems

我们提出了海森堡-朗之万形式来研究耦合到开放多模谐振器的超导量子位的有效动力学，而不诉诸旋转波、两级、玻恩或马尔科夫近似。我们的有效方程是通过消除谐振器的自由度，同时编码它们的电磁背景的格林函数的效果。我们占的开放性的谐振器正是通过采用一组非厄米模式的格林函数的光谱表示。导出了一个良好的时域微扰理论，系统地解释了像transmon这样的弱非线性量子比特的非线性。我们将这种方法应用于自发发射问题，准确地捕获量子比特动力学的非马尔可夫特征，适用于任何量子比特-谐振器耦合强度。任何耦合到电磁连续统的离散能级量子系统都受到辐射衰变和其能级重整化的影响。当在空腔内时，这些量可以相对于真空强烈地修改。通常，可以通过仅包括最接近的谐振腔模式来捕获这种修改。然而，在电路QED架构，与大量的耦合强度，它被发现，这样的速率的强烈影响，远离谐振模式。在无限多的腔模式的多模计算会导致发散，除非施加人工截止。以前的研究没有指出这种分歧的来源是什么。我们表明，除非$A^2$的效果是占到所有的订单完全，任何多模计算电路QED量必然会出现分歧。随后，我们提出了量子位特性的有限辐射校正的计算，该计算不受人为引入的高频截止的影响。