Dispersive Response of a Disordered Superconducting Quantum Metamaterial
我们考虑一个无序的量子超材料形成的超导磁通量子比特阵列耦合到微波光子在一个空腔。我们将系统映射到Tavis-Cummings模型上，考虑了量子比特频率的无序性。复透射率的计算与从国家的最先进的实验参数。我们证明，光子相移测量允许区分个人的谐振在超材料高达100量子比特，尽管退相干谱宽度显着大于有效的耦合常数。我们的模拟结果与最近报道的实验结果一致。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Qubit-Photon Bound States in Superconducting Metamaterials
我们研究了电磁辐射在一维超导量子超材料中传播的量子特性，该超材料由两条大质量超导谐振器中的无限电荷量子比特链组成。量子力学模型的推导假设弱场，并且在低温下，每个量子比特要么是未被占据的（$N=0$），要么被单个库珀对占据（$N=1$）。基于这一假设，我们证明了两个带的单光子量子比特束缚态的出现与能量躺在（较低的分支）或外（较高）的光子连续。束缚态的出现可能会导致辐射捕获，这可能是感兴趣的控制在这些系统中的光子输运。
2021-12-14 cond-mat.other quant-ph
Double resonance response of a superconducting quantum metamaterial: manifestation of non-classical states of photons
本文对超导量子超材料（SQM）的交流响应进行了理论研究，SQM是一种嵌入低耗散谐振腔中的量子比特阵列（二能级系统）。通过利用SQM的一个特殊例子，即电荷量子比特阵列电容耦合到谐振器，我们获得了光子的非相干态（高温相）和相干态（低温相）之间的二阶相变。这种相变在许多方面类似于顺磁-铁磁相变。相变的临界温度$T^\star$由二能级系统$δ$的能量分裂、阵列$N$中的量子位数以及腔中量子位与光子之间的相互作用$η$的强度确定。我们得到的光子态表现为共振下降的频率依赖的传输$D(ω)$的电磁波传播通过传输线弱耦合到SQM。在高温下，$D(ω)$显示出单一的共振下降，在低温下，必须观察到特殊的\emph{double resonance response}。这种共振分裂的物理起源是两个不同偏振光子相干态之间的量子振荡。
2016-06-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Role of qubit-cavity entanglement for switching dynamics of quantum interfaces in superconductor metamaterials
研究了强驱动场作用于耗散混合量子比特-腔系统的量子效应，这与超导量子超材料中量子门的实现有关。我们证明了强非定常驱动效应具有显著的量子性质，不能用平均场近似来处理。通过比较标准Maxwell-Bloch方程的稳态解和密度矩阵上林德布拉德方程的数值解，证明了这一点。我们表明，平均场方法提供了很好的协议，密度矩阵的解决方案，在不是很强的驱动$f<f^*$，但在$f>f^*$量子比特和光子扇区的波动之间的量子相关性的增长值改变了系统的行为。我们发现，在非绝热开关的驱动机制，这样的量子关联影响量子比特和光子的动力学，即使在弱$f$。
2016-10-24 quant-ph
Speeding up and slowing down the relaxation of a qubit by optimal control
我们考虑一个在任意初始态下制备的二能级量子系统，由于马尔可夫耗散通道的作用，该系统弛豫到一个定态。我们研究了如何使用最优控制来加速或减慢松弛的动力学不动点。我们解析地导出了在无约束量子控制的理想模型（无限强的磁场）中不同量子信道的最佳弛豫时间。我们还分析了控制哈密顿量由一个有限的阈值有界的情况。作为我们分析的副产品，我们发现：（i）如果量子比特最初处于比环境浴更热的热状态，量子控制不能加速其自然冷却速率;（ii）如果量子比特最初处于比环境浴更冷的热状态，如果施加强控制场，它可以在有限时间内到达动力学的不动点;（iii）在不受约束的量子控制下，可以使演化态无限地和任意地接近远离动力学不动点的特殊初始态。
2013-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral SQUID-metamaterial waveguide for circuit-QED
超导超材料是由结构化的基本电路元件设计和制造的，它激发了电路量子电动力学（circuit-QED）中探索非常规量子现象的最新发展。提出了一种将一维约瑟夫森超材料设计为手征波导的方法，通过对其有效阻抗进行编程时空调制。调制电流的形式是行波，其相速度比微波光子的传播速度慢得多。由于布里渊散射过程，光子可以单向传播的非平凡光谱区域出现。考虑超导量子比特与这种超材料波导的耦合，我们分析了马尔可夫和非马尔可夫量子动力学，发现超导量子比特可以单向耗散光子。此外，我们表明，我们的建议可以扩展到级联的量子网络与多个节点，在远程量子比特之间的手征光子传输可以实现。我们的工作可能打开的可能性，利用SQUID超材料实现单向光子输运的电路QED平台。
2023-02-15 quant-ph
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。
2018-02-05 quant-ph
A scalable superconducting quantum simulator with long-range connectivity based on a photonic bandgap metamaterial
在实验室中合成多体量子系统可以帮助进一步了解量子材料的涌现行为，其特性可以为能量转换，信号传输或信息处理提供改进的方法。虽然大多数工程多体系统或量子模拟器由具有局部相互作用的晶格上的粒子组成，但由于量子纠缠和关联的快速时空增长，具有长程相互作用的量子系统对建模和研究特别具有挑战性。在这里，我们提出了一个可扩展的量子模拟器架构的基础上的线性阵列的超导量子比特本地连接到一个可扩展的光子带隙超材料。超材料既充当介导量子位-量子位相互作用的量子总线，又充当用于多路复用量子位-状态测量的读出通道。作为初步的演示，我们实现了一个10量子比特的一维玻色-哈伯德模型的模拟器与原位调谐的跳跃范围和现场相互作用。我们使用基于量子多体混沌的测量有效协议来表征系统的哈密顿量。此外，我们研究了系统的多体淬火动力学，通过全局位串统计揭示了预测的交叉从可积遍历跳跃范围的增加。本文提出的超材料量子总线架构可以扩展到二维晶格系统，并用于产生宽范围的量子比特相互作用，扩展了模拟量子模拟的可访问哈密顿量，并增加了实现基于门计算的量子线路的灵活性
2022-08-18 quant-ph
Effects of lasing in a one-dimensional quantum metamaterial
数值模拟了电磁脉冲在量子超材料--人造的、全局量子相干光介质中的传播。我们表明，对于基于超导量子比特的量子超材料，初始化在一个容易达到的因式分解状态，在微波范围内的激光被触发，伴随着量子比特状态的混沌化和高次谐波的产生。这些效应可以为量子超材料原型的表征和优化提供工具。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quasi-Superradiant Soliton State of Matter in Quantum Metamaterials
量子发射体系统的强相互作用（例如，二能级原子）与电磁场的作用在系统中引起特定的关联，伴随着发射辐射（超辐射或超荧光）的急剧增加。尽管事实上，因为它的预测这种现象受到了有力的实验和理论研究，仍然存在悬而未决的问题，特别是，关于一个一级相变的可能性，从真空状态的超辐射状态。在自然和基于电荷的人工原子系统中，这种转变被“不通过”定理所禁止。在这里，我们用数值方法证明了一维量子超材料中的类似转变-一个人造原子（量子比特）链与传输线中的经典电磁场强烈相互作用。该系统从零经典电磁场、所有量子位处于基态的真空态切换到一个或多个磁孤子、量子位激发态沿传输线的有限平均占据的准超辐射（QS）相。在QS相的量子超材料绕过“不去”的限制，通过显着降低其总能量相对于真空状态，激发非线性电磁孤子与许多非线性耦合的电磁模式在外部磁场的存在下。
2016-05-16 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Quantum metamaterial without local control
量子超材料可以被实现为放置在传输线中的量子比特的量子相干1D阵列。量子异向介质的特性是由系统的局域量子态决定的。在这里，我们表明，这种系统的空间周期性量子态可以实现没有直接控制的组成量子位，通过它们的相互作用与初始化（“启动”）脉冲发送通过系统在相反的方向。所得到的量子光子晶体的性质由引发脉冲的选择决定。这个提议可以很容易地推广到量子超材料的其他实现。
2013-03-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Metamaterials in Superconducting and Cryogenic Quantum Technologies
本综述提出将超材料作为解决超导量子计算机相干性与扩展性挑战的方案，通过调控光子态密度抑制退相干并实现长程耦合，推动其成为下一代量子技术的核心架构。
2025-06-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Cavity-QED of a quantum metamaterial with tunable disorder
我们在实验上探索了一种基于超导芯片的量子超材料，该超导芯片具有25个频率可调的transmon量子比特，耦合到一个共面谐振器。集体亮模式和暗模式通过微波响应来探测，即，通过测量外部微波信号的传输幅度。所有量子位都有单独的控制和读出线。它们的频率可调谐性允许改变共振耦合量子比特的数量N，并且还可以在它们的激发频率中引入具有预先分配的分布的无序。随着N的增加，我们证明了预期的$N^{1/2}$标度律的能隙（拉比分裂）之间的明亮模式的腔频率。通过引入一个可控的混乱和平均的传输幅度超过了大量的实现，我们证明了一个衰减的介观波动，模仿接近热力学极限。当单个量子位耦合到腔的强度超过无序强度时，集体亮态在无序存在下存活。
2022-02-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
$\mathcal{P}\mathcal{T}$-symmetric slowing-down of decoherence
研究了超弱耦合到环境中的$\mathcal{P}\mathcal{T}$对称量子系统。我们发现，这样的开放系统下的$\mathcal{P}\mathcal{T}$ -对称，纯退相和酉动力学的发展。描述演化的动力学映射，然后确定明确使用量子正则变换。此外，我们提供了一个解释为什么$\mathcal{P}\mathcal{T}$ -对称退相型相互作用导致\emph{critical slowing down of decoherence}。这种效应进一步用实验相关系统--在光学或微腔实验中容易实现的$\mathcal{P}\mathcal{T}$对称量子位\emph{e.g.}--来举例说明。
2016-07-19 quant-ph
Self-protected polariton states in photonic quantum metamaterials
通过将一维耦合腔阵列（CCA）耦合到两条传输线上，研究了中心位置包含单个量子比特的CCA的单光子输运特性.我们发现，即使在名义上弱的光-物质耦合制度，通过一个长阵列的传输表现出两个超窄的共振对应于长寿命的自我保护的极化激元状态本地化周围的网站包含量子位。这些状态的寿命被发现以指数方式增加的阵列网站的数量在鲜明的区别极化布洛赫模式的腔阵列。
2014-05-05 quant-ph
Tunable refraction in a two dimensional quantum metamaterial
在本文中，我们考虑一个二维的超材料，包括一个阵列的量子比特（两个层次的量子对象）。这里，我们示出了可以例如经由施加磁通量来控制二维量子超材料，以便提供输入信号的可控折射。我们的结果是一致的材料，可以是量子双折射（分束器）或不依赖于此控制参数的应用程序。我们注意到，这里提出的量子超材料可以从超导量子比特到量子点的各种当前候选技术中制造出来。因此，在这项工作中提出的想法将很容易在现有的最先进的实验室测试。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Tunable slowing, storing and releasing of a weak microwave field
研究了由两个共面波导谐振器和一个超导transmon型量子比特组成的超导电路中微波脉冲的慢化、存储和释放。在两个耦合谐振器中产生了类似于电磁感应透明的量子干涉。通过调谐transmon的谐振频率，我们动态地调谐谐振器之间的有效耦合。通过耦合的调制，我们在单光子水平上显示了微波脉冲的可调真实时间延迟。我们还将微波场存储在高Q谐振器中，并将信号从谐振器释放到输出端口。我们的方案在量子信息处理和经典无线通信中都有应用前景。
2014-01-17 quant-ph
Quantum informatics with plasmonic metamaterials
超材料界面的表面极化激元被认为是量子比特。SP领域示出具有低损耗，亚波长限制，可以证明非常小的模式体积。这些重要的性质被用来证明在量子信息中有趣的应用，即，弱光场的相干控制和低光子能级的大克尔非线性。
2010-08-07 quant-ph
Entangling interactions between artificial atoms mediated by a multimode left-handed superconducting ring resonator
本文研究多模左手超导环形谐振器介导的双量子比特耦合，通过磁通可调量子比特表征并建模横向交换与高阶 ZZ 相互作用的过零及符号变化，为可调纠缠门提供方案。
2024-05-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Topological photon pairs in a superconducting quantum metamaterial
拓扑物理学的最新发现为无序鲁棒量子系统和技术带来了希望。拓扑状态提供了这种系统的关键成分，其特征在于增加了对无序和不完美的鲁棒性。在这里，我们使用超导量子比特阵列来设计一维拓扑非平凡量子超材料。通过对所制作的阵列进行微波光谱分析，我们在实验上观察到了基元激发的光谱。我们不仅发现了单光子拓扑态，而且发现了由于量子比特固有的非谐性而产生的奇异束缚光子对带。此外，我们还探测到了双光子束缚边缘局域态的特征，这暗示了我们系统中的相互作用诱导局域化。我们的工作展示了量子超材料中具有吸引光子-光子相互作用的拓扑模型的实验实现。
2020-06-23 cond-mat.mes-hall 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
Slowing and Storing Microwaves in a Single Superconducting Fluxonium Artificial Atom
利用单个Fluxonium量子比特在微波波导中实现EIT实验，展示光速减缓和光子存储，为超导电路中的量子通信提供新可能。
2025-12-15 quant-ph
Topological Computation by non-Abelian Braiding in Classical Metamaterials
该研究提出在经典机械超材料中实现一维 Kitaev 拓扑超导体，利用经典 MZM 的非阿贝尔编织完成单量子比特 Clifford 门，并验证其对机械缺陷的拓扑保护。
2025-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Slowing quantum decoherence of oscillators by hybrid processing
将量子信息编码到相干态的叠加态中是宏观量子相干性实际应用的一个典型代表。然而，这些状态对能量损失非常敏感，非常迅速地失去其非经典方面的相干性。一个可用的确定性策略来减缓这个退相干过程是应用高斯压缩变换之前的损失作为保护步骤。在这里，我们提出了一个确定性的混合保护方案，利用强大的，但可行的相互作用与两级免疫自发发射的ancillas。我们验证了该方案对量子位辅助失相的鲁棒性。我们的方案适用于多个振子中相干态的复杂叠加，值得注意的是，随着相干态振幅的增加，对损失的鲁棒性增强。这个方案可以在原子、固态系统和超导电路的实验中实现。
2021-06-14 quant-ph
Parametric amplification by coupled flux qubits
我们报道了微波信号在由超导量子比特构成的克尔介质中的参量放大。两个相互耦合的磁通量子位嵌入超导共面波导谐振器的电流波腹中，作为非线性元件。共享的约瑟夫森结提供了量子位-谐振器耦合，导致器件的测量增益约为20 dB。我们认为，这种安排代表了一个单位细胞，可以直接扩展到一个准一维的量子超材料与一个大的可调克尔非线性。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Active terahertz modulator and slow light metamaterial devices with hybrid graphene-superconductor photonic integrated circuits
介绍并提出了具有混合石墨烯-超导体耦合开口环谐振器（SRR）阵列的超材料光子集成电路，其能够调制和减慢太赫兹（THz）光。混合器件的光学响应，如电磁感应透明（EIT）和群延迟，可以用几种方式调制。首先，通过改变石墨烯中的电导率和载流子浓度对其进行电调制。或者，可以通过作用于器件温度灵敏度，通过将Nb从有损正常相切换到低于Nb的转变温度（Tc）的低损耗量子力学相来修改光学响应。在THz传输窗口处，EIT和群延迟的最大调制深度分别为57.3%和97.61%.进行了比较之间的Nb-石墨烯-Nb耦合的SRR为基础的设备与那些Au-石墨烯-Au SRR和显着增强的太赫兹传输，群延迟，和EIT响应时，Nb是在量子力学相观察。这种具有相当大且可调谐的慢光带宽的混合器件为实现有源光电调制器、滤波器、移相器和用于芯片级量子通信和量子处理的慢光器件铺平了道路。
2021-07-08 physics.optics quant-ph
Stroboscopic qubit measurement with squeezed illumination
微波压缩代表了超导量子比特测量的极限灵敏度前沿。然而，增强的观察仍然是难以捉摸的，部分原因是与传统的色散读出的集成污染了反挤压真空的信号通道。在这里，我们诱导了一个频闪光物质耦合与优越的压缩兼容性，并观察到在室温下的信噪比的24%的增加。挤压正交相位控制测量反作用，将退相减慢1.8倍。该协议使微波压缩用于量子比特状态测量的实际应用成为可能。
2017-08-04 quant-ph
Fast Unconditional Reset and Leakage Reduction of a Tunable Superconducting Qubit via an Engineered Dissipative Bath
本研究利用工程化超材料波导提供宽频冷浴，实现可调transmon量子比特在88纳秒内对多个激发态的无条件复位（误差低于0.13%），并通过态密度滚降实现44纳秒内选择性复位第二激发态至0.285%残余布居，同时保持计算子空间信息保真度。
2024-11-08 quant-ph
Active control of a plasmonic metamaterial for quantum state engineering
我们实验证明了主动控制的等离子体超材料在量子制度。研究了一种由金纳米棒单元构成的二维超材料。使用外部激光器，我们控制超材料的温度，并对发送通过的单光子偏振编码量子比特进行量子过程层析成像，将超材料表征为可变量子信道。对于特定的纳米棒尺寸，整体偏振响应可以调节高达33%。为了解释这些结果，我们建立了一个理论模型，并发现实验结果与预测的行为很好地匹配。这项工作超越了简单的被动量子等离子体系统的使用，并表明，等离子体元件的外部控制，使一个灵活的设备，可用于量子态工程。
2018-05-09 physics.app-ph quant-ph
Symmetry-Protected Quantum Computing using Metamaterials
George Washington University（乔治华盛顿大学）；Universidad de Los Andes（安第斯大学）
提出一种结合广义Kohn定理的对称性保护相对运动量子比特、扭曲光轨道角动量控制以及超材料纳米聚焦（如Weyl半金属等离激元）的新型实用量子计算架构，其核心机制适用于任何具有抛物限制的量子计算系统。
2026-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cs.SY
Non-Markovian dynamics of a superconducting qubit in a phononic bandgap
本文提出在声子带隙超材料上构建超导量子比特以抑制TLS介导的声子发射，并观察到由Purcell工程化TLS寿命34 μs引起的非马尔可夫动力学，为同时实现声子保护与器件小型化、延长量子比特弛豫时间提供了新途径。
2023-12-02 quant-ph
Programmable Microwave Cluster States via Josephson Metamaterials
Politecnico di Torino（都灵理工大学）；University of Palermo（巴勒莫大学）；Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica（意大利国家计量研究所）
本研究利用可编程约瑟夫森行波参量放大器，通过定制非等距泵浦音构建多模频率非线性耦合，实现可重构、可扩展的微波簇态生成，为超导架构兼容的可扩展测量基量子计算提供新平台。
2025-07-30 quant-ph
Fluctuations and photon statistics in quantum metamaterial near the superradiant transition
本文分析了超辐射相变时单模光子涨落及其计数统计。这项研究涉及的平衡迪克模型在一个政权的拉比频率，相关的光子模式与有限数量的量子位环境的耦合，过渡的控制参数的作用。我们使用有效的松原行动形式主义的基础上表示的泡利运营商的双线性形式与复杂的和马约拉纳费米子。然后，我们讨论了超辐射序参量和准粒子的涨落。计算了平均光子数、相变的波动Ginzburg-Levanyuk区和Fano因子。我们确定了描述平衡光子数完整计数统计的累积量母函数。超辐射跃迁的精确数值模拟表明与分析计算定量一致。
2019-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Generation of non-classical photon states in superconducting quantum metamaterials
我们报告了在超导量子超材料中可以实现的各种非经典光子态的理论研究。作为超导量子超材料的一个特殊例子，将研究一个低耗散传输线（谐振腔）中的SQUID阵列。该系统将被建模为一组与谐振腔光子强烈相互作用的两能级系统（量子比特）。我们预测和分析{二（一）阶相变}之间的非相干态（高温阶段）和相干态（低温阶段）的光子。在平衡状态下，腔中电磁场（EF）的配分函数$Z$由有效作用量$S_{eff}\{P(τ)\}$确定，而有效作用量又取决于光子场$P(τ)$的时间-时间相关动量。我们表明，这种相变的序参量是$P_{0}(τ)$最小化整个系统的有效作用。在非相干态中，序参量$P_{0}(τ)=0$，但在低温下，我们得到了各种相干态的特点是非零值的$P_{0}(τ)$。这种相变在许多方面类似于Peierls金属-绝缘体相变和金属-超导体相变。这种相变的临界温度$T^\star$由二能级系统$Δ$的能量分裂、SQUID阵列$N$中SQUID的数目以及SQUID与腔内光子相互作用$η$的强度决定。
2013-02-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence-free propagation and ramification of a solitary pulse
利用一个微观主方程来考虑环境效应，我们计算了任意形状的微波脉冲通过超导量子比特传播过程中的退相干。结果表明，当脉冲形状采用具有$nπ$面积的孤子形状时，量子比特消相干消失，脉冲形状保持无吸收。另外，环境反馈使孤子包络的速度减慢，并导致微波相位单调增加。因此，非$nπ$区域的脉冲分叉成以入射速度无消相干地行进的透明部分和通过空间衰减的减慢部分。这个结果解释了在自诱导透明中观察到的脉冲分裂的环境起源。
2019-07-08 quant-ph
Scaling Superconducting Quantum Computers with Chiplet Architectures
固定频率transmon量子计算机（QC）在相干时间，可寻址性和门的并行性方面取得了进展。不幸的是，这些设备受到片上量子比特数量的限制，限制了处理能力，并减缓了容错的进展。虽然新兴的transmon器件具有超过100个量子位的功能，但要构建足够大的QC以有意义地展示量子优势，需要克服许多设计挑战。例如，今天的transmon量子位由于制造精度有限而遭受显著变化。因此，除非当前制造技术有重大改进，否则通过构建具有更多量子位的更大单个芯片来缩放QC会受到器件变化的阻碍。降低QC性能的严重器械变化称为缺陷。在这里，我们专注于称为频率冲突的特定缺陷。当transmon频率碰撞时，它们的差异落在限制两量子比特门保真度的范围内。频率碰撞在较大的QC上以更大的概率发生，导致无碰撞产率随着片上量子比特数量的增加而下降。作为一种解决方案，我们建议通过在量子多芯片模块（MCM）中集成量子芯片来利用与较小QC相关的较高产量。成品率、门性能和基于应用的分析表明了通过模块化进行QC扩展的可行性。
2022-10-19 quant-ph
Quantum electrodynamics in a topological waveguide
虽然设计光子的能量-动量关系是许多线性、非线性和量子光学现象的关键，但通过采用光子浴本身的拓扑结构，可以实现一组新的光-物质性质。在这项工作中，我们研究了超导量子比特耦合到超材料波导的基础上的光子模拟的Su-Schrieffer-Heeger模型的属性。我们探索拓扑诱导的量子比特耦合到这样的波导，从形成定向量子比特光子束缚态的拓扑依赖的合作辐射效应的性质。向该波导系统添加量子位还使得能够对在有限波导系统中形成的拓扑边缘状态进行直接量子控制，例如在构建拓扑保护的量子通信信道中有用。更广泛地说，我们的工作表明，拓扑波导QED系统在合成和研究具有奇异长程量子关联的多体态中提供了机会。
2020-05-08 quant-ph
Long-range quantum entanglement in dielectric mu-near-zero metamaterials
提出兼容NV金刚石色心技术的全介电mu-near-zero超材料平台，实现超17个自由空间波长的长程量子纠缠，concurrence提升一个数量级并展现反聚束特征。
2025-04-27 physics.optics quant-ph
A magic state's fidelity can be superior to the operations that created it
容错量子计算的主要方法需要持续提供魔态。当一个新的魔法状态第一次被编码时，它的初始保真度将太差而不能用于计算。这就需要一个资源密集型的蒸馏过程，它占据了计算机的大部分硬件;创造具有高初始保真度的魔态可以最大限度地降低成本，因此对实用的量子计算至关重要。在这里，我们提出了令人惊讶和令人鼓舞的结果，即原始的魔术状态可以有一个保真度显着优于用于构建它们的两个量子比特门操作。我们的协议利用后选择，而不会显着降低生成速率，并容忍有限的错误率在初始化，测量和单量子位门。这种方法可以显著地减小给定量子计算任务所需的硬件的大小。
2014-10-28 quant-ph
Contrasting GHZ and W-state Entanglement Dynamics due to Correlated Markov Noise
本研究构建半经典模型分析三纠缠量子比特在可调关联马尔可夫噪声下的纠缠动力学，对比GHZ态与W态响应差异，发现噪声关联可减缓甚至保持纠缠，为多量子比特系统相干性保护提供新资源思路。
2025-11-12 quant-ph
Observation of collective coupling between an engineered ensemble of macroscopic artificial atoms and a superconducting resonator
不同量子系统的杂交现在被看作是一种有效的方式来工程的整个系统的属性，导致在量子超材料，量子模拟，和量子精密测量的应用。一个众所周知的例子是超导电路耦合到微观自然原子的集合。在这种情况下，单个原子的性质是固有的，因此是不可改变的。然而，目前的技术允许我们制造宏观人造原子的大集合，例如超导通量量子比特，在那里我们可以真正定制和控制单个量子比特的属性。在这里，我们演示了微波谐振器和几千个超导通量量子比特之间的相干耦合，在那里我们观察到一个大的色散频率偏移的频谱250 MHz的集体行为诱导。这些结果代表了迄今为止实现的最大数量的耦合超导量子比特。我们的方法表明，现在可以设计系综的属性，为量子多体系统的受控探索开辟了道路。
2016-06-14 quant-ph
Non-Markovianity in the time evolution of open quantum systems assessed by means of quantum state distance
本文通过构造开放XX链的密度矩阵并修改量子态距离度量以适用于迹衰减情形，定量评估了不同非马尔可夫谱密度下的非马尔可夫性，揭示了量子比特相互作用与非马尔可夫阻尼的微妙关系及平方洛伦兹库对耗散的显著减慢效应。
2023-05-02 quant-ph
Beating the thermal limit of qubit initialization with a Bayesian Maxwell's demon
容错量子计算需要在明确定义的基准状态下初始化量子寄存器。在固态系统中，这通常是通过对冷储层的热化来实现的，使得初始化保真度基本上受到温度的限制。在这里，我们提出了一种方法来制备一个基准量子态的置信度超过热极限。它基于通过负结果测量对量子位的实时监测-相当于“麦克斯韦恶魔”，仅在最低能量状态下出现量子位时才触发实验。我们实验应用它来初始化硅中的电子自旋量子比特，实现了98.9（4）%的基态初始化保真度，对应于20 $\times$减少初始化错误相比，未监测的系统。接近99.9%的保真度可以通过实际改进放大器链的带宽或通过减慢来自储存器的电子隧穿速率来实现。我们使用一个核自旋辅助，在量子非破坏模式下测量，以证明电子初始化保真度的价值远远超过电子读出的固有保真度。然而，该方法本身不需要辅助工具来执行，从而节省了对额外资源的需求。初始化保真度的定量分析表明，一个简单的图片自旋相关的电子隧穿不正确描述的数据。我们的数字“麦克斯韦恶魔”可以应用于广泛的量子系统，对控制和检测硬件的要求最低。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum information recast via multiresolution in $L_2(0,1]$
本研究结合Borel同构与Haar基构建多分辨率方法，建立$L_2(0,1]$与无穷量子比特阵列希尔伯特空间的对应，实现用量子几何算符表示量子操作与可观测量，还发现反导数是该体系下的自然算符。
2024-07-10 math-ph math.MP quant-ph
Dephasing-Induced Distribution of Entanglement in Tripartite Quantum Systems
Techno Main Salt Lake (Engg. Colg.), Techno India Group（泰克诺印度集团萨尔塔莱克工程学院）；Chennai Institute of Technology（金奈理工学院）；NYU Shanghai（纽约大学上海分校）
本文研究了在多体去相位环境下，多体量子态中纠缠的分布特性，通过分析不同环境配置对退相干鲁棒性的影响，探讨了纠缠分布的动力学行为。
2025-04-03 quant-ph
Compact superconducting microwave resonators based on Al-AlOx-Al capacitor
本文提出基于Al/AlOx/Al电容的集总元件谐振器，尺寸仅0.04mm²，比共面谐振器小一个数量级，制造兼容现有工艺，测得电容14fF/μm²、单光子品质因数10³-8×10³，可用于量子比特读出及新型量子比特。
2023-05-12 quant-ph
A tunable Josephson platform to explore many-body quantum optics in circuit-QED
现在，将隔离的发射器耦合到电磁场的单一模式是常规实现的，并且很好地理解。目前的努力旨在探索耦合到几个电磁模式（EM）的发射器的相干动力学。自由最近，已经实现了到传输线的超强耦合，其中发射器谐振加宽到其频率的显著分数。在这项工作中，我们获得了显着改善控制这一制度。我们通过结合transmon量子比特的简单性和定制的EM环境与高密度的离散模式，托管在超导超材料内来实现这一点。这产生了一种独特的设备，其中可以直接监控量子位和多达10种环境模式之间的杂交。此外，量子位共振的频率和加宽可以在原位彼此独立地调谐。我们的实验表明，我们的设备结合了这种可调谐性与超强耦合和量子位非线性系统中的其他相关的能量尺度。我们还开发了一个定量的理论描述，不包含任何唯象参数，并准确地考虑到我们的大规模量子线路的真空涨落制度的超强耦合和中间非线性。这个新平台的演示与定量建模相结合，使实验研究量子光学中的多体效应的前景更加接近。当前设备的限制是量子位的中间非线性。进一步推动它将诱导充分发展的多体效应，如巨大的兰姆位移或多模光场的非经典态。观察这种效应将在量子光学和量子杂质物理学之间建立有趣的联系。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistics of topological defects across a phase transition in a digital superconducting quantum processor
本研究在最多100比特的超导量子处理器上探究一维横场量子Ising模型的扭结密度统计，证实高阶累积量满足KZM普适幂律，发现有限尺寸短淬火下KZM失效，并用张量网络模拟验证了更大系统的结果。
2025-06-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Control of microwave signals using circuit nano-electromechanics
波导谐振器是灵敏的天体物理探测器[1]和电路量子电动力学（cQED）[2]中的关键元件。以超导量子比特的形式耦合到人造原子[3，4]，它们现在为量子信息处理任务提供了一个技术上有前途和可扩展的平台[2，5-8]。将这些电路原位耦合到其他量子系统，例如分子[9，10]，自旋系综[11，12]，量子点[13]或机械振荡器[14，15]，以实现具有扩展功能的混合系统。在这里，我们将超导共面波导谐振器耦合到一个纳米余弦机械振荡器，并演示了全微波场控制的微波信号的减速，前进和开关。这是通过利用机电诱导透明[16-18]实现的，该效应类似于原子物理学[19]中的电磁诱导透明（EIT）。在这种现象上获得的精致的时间控制提供了一种实现经典和量子微波信号存储的高级协议的途径[20-22]，扩展了微波场控制技术的工具箱。
2012-06-27 cond-mat.mes-hall physics.optics 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
A superinductor in a deep sub-micron integrated circuit
本研究利用22nm FDSOI工艺原生TiN薄膜的高动态电感，在硅集成电路中实现超电感器，基于此制备的rfSET灵敏度提升超两个数量级、面积缩小万倍，可支撑多领域相关应用。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
