Performance Analysis of Superconductor-constriction-Superconductor Transmon Qubits
本文通过Ginzburg-Landau理论计算分析了用ScS纳米桥结替代SIS约瑟夫森结的超导transmon量子比特，发现其电荷色散改善但非谐性降低，并为吉赫兹频率工作提供了材料与尺寸设计框架。
2024-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Crystalline superconductor-semiconductor Josephson junctions for compact superconducting qubits
本研究利用半导体WSe₂弱连接的垂直堆叠范德华约瑟夫森结，实现了稳健的约瑟夫森耦合及厚度依赖的行为转变，并成功制备出频率匹配设计参数的全晶体transmon量子比特，展示了其在紧凑型超导量子器件中的应用潜力。
2025-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronically-controlled one- and two-qubit gates for transmon quasicharge qubits
University of Queensland（昆士兰大学）；University of Sydney（悉尼大学）；Concordia University（康考迪亚大学）
本研究提出利用拓扑超导体形成的隧道结实现单量子比特和双量子比特门，通过动态4π周期约瑟夫森效应，展示了一种基于最小Kitaev链量子点结的准电荷量子比特门实现策略。
2026-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Realization of microwave quantum circuits using hybrid superconducting-semiconducting nanowire Josephson elements
我们报告的实现量子微波电路使用混合超导半导体约瑟夫森元件组成的InAs纳米线接触NbTiN。电容分流的单个元件表现为具有电可调跃迁频率的transmon量子比特。双元件电路在零外加通量附近也表现出类似transmon的行为，但在通量量子的一半处表现为通量量子位，其中元件中的非正弦电流-相位关系产生双阱约瑟夫森势。这些混合约瑟夫森元件在需要工作在磁场中的微波超导电路中具有很好的应用前景。
2015-03-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Evolution of Nanowire Transmons and Their Quantum Coherence in Magnetic Field
本文对纳米线在零磁场和面内磁场作用下的传输特性进行了实验研究。利用纳米线提供的约瑟夫森非线性，我们的量子比特在比标准transmons更高的磁场下工作。纳米线传输子表现出高达70 mT的相干性，其中纳米线中的感应超导能隙关闭。我们证明，在芯片上的电荷噪声耦合到约瑟夫森能量中起着主导作用的量子位退相。这采取了强耦合两电平系统在100 ms时间尺度上切换的形式，并且更弱耦合的背景产生$1/f$噪声。一些观察结果，包括量子位能量弛豫和退相的场依赖性，还没有完全理解，需要进一步的实验研究和理论。使用具有更薄超导壳的纳米线将使这些电路的操作高达0.5 T，这是与拓扑量子计算相关的制度。
2017-11-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quasiparticle poisoning rate in a superconducting transmon qubit involving Majorana zero modes
由于Majorana零模在容错拓扑量子计算中的应用前景，它一直受到人们的广泛关注。近年来，人们提出了一些利用超导量子比特探测和操纵马约拉纳零模的方案。然而，操纵和读取马约拉纳零模必须保持在准粒子中毒的时间窗口。在这项工作中，我们研究了分裂transmon量子比特中的准粒子中毒问题，该量子比特包含含有Majorana零模的混合约瑟夫森结。我们证明了Majorana耦合将导致宇称混合和4π Josephson效应。此外，我们还得到了依赖于量子位参数的宇称切换率的表达式，并证明了通过量子位设计降低E_J/E_C可以大大抑制准粒子中毒。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parity switching and decoherence by quasiparticles in single-junction transmons
transmon超导量子比特作为量子信息处理的物理实现的一种有前途的方法正在被深入研究，并且已经在二维和三维结构中实现了高品质因数的$10^6$。这些高品质因数使得能够详细研究退相干机制。一个内在的退相干过程起源于量子位自由度和穿过约瑟夫森结隧穿的准粒子之间的耦合。在transmon中，单个准粒子的隧穿与宇称的变化有关。在这里，我们介绍了单结传输中奇偶转换率的理论，并将其与最近的测量结果进行比较。我们还表明，奇偶校验切换可以有一个重要的作用，在限制的相干时间。
2014-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum theory of Bloch oscillations in a resistively shunted transmon
该研究针对高阻抗环境下的transmon量子比特，推导了布洛赫振荡的谱特性，发现其可与微波共振产生对偶夏皮罗台阶，并明确了台阶形状的影响因素及绝缘态的阻抗条件。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Suppression of quasiparticle poisoning in transmon qubits by gap engineering
本文提出在铝基 transmon 量子比特中利用能隙工程构建准粒子势垒，从而抑制低能 QP 隧穿，使电荷宇称保持超过 10^3 秒并降低能量弛豫率。
2024-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Minimal Kitaev-transmon qubit based on double quantum dots
提出基于双量子点Kitaev链的混合Kitaev-Transmon量子比特，利用4π-Josephson效应和宇称子空间，通过电路QED光谱学观察Majorana束缚态特征并提取Majorana极化。
2023-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Generalized transmon Hamiltonian for Andreev spin qubits
Jožef Stefan Institute（约瑟夫·斯蒂芬研究所）；Faculty of Mathematics and Physics, University of Ljubljana（卢布尔雅那大学数学物理学院）
研究基于转子哈密顿量的量子点嵌入超导体结中的相互作用问题，通过富尔曼带近似方法精确对角化并描述低能现象。
2024-02-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
A gate tunable transmon qubit in planar Ge
本文在平面锗中制备了栅极可调transmon量子比特，通过铝诱导二维空穴气超导并集成Xmon电路，展示了宽频率可调性和最高75 ns相干时间，为第四族CMOS兼容材料中的新型混合与受保护量子比特开辟了道路。
2024-03-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bloch oscillations in a transmon embedded in a resonant electromagnetic environment
研究嵌入高阻抗离散光子谱传输线的transmon型量子比特中的布洛赫振荡，发现伏安共振、光子发射谱共振及类反斯托克斯非弹性散射过程，为多频段实验观测提供依据。
2024-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Optical Direct Write of Dolan--Niemeyer-Bridge Junctions for Transmon Qubits
我们的特点是高相干transmon量子位制造的直写光刻系统。多层蒸发和氧化允许我们通过减小有效隧穿面积和增加势垒厚度来改变临界电流密度。在施加抗蚀剂之前以及在蒸发之前再次进行表面处理，导致高相干性器件。通过优化的表面处理，我们实现了能量弛豫$T_1$时间超过$80\ μ$ s的三维transmon量子位与约瑟夫森结光刻面积为2 $μ\mathrm{m}^2$。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Unexpectedly allowed transition in two inductively coupled transmons
我们提出的实验结果中，观察到的两个电感耦合transmons组成的电路的意外的零-二过渡。这种转变显示出不寻常的磁通量依赖性，在零磁通量处明显消失。在transmon量子比特中，由于选择规则，波函数的对称性阻止了这种跃迁的发生。在我们的电路中，约瑟夫森效应在人造原子的两个正常模式之间引入了强耦合。这导致来自两种模式的状态的相干叠加，使得这种转变能够发生。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Kinemon: inductively shunted transmon artificial atom
本研究提出电感分流型transmon人工原子Kinemon方案，实验验证其与理论计算吻合，兼具transmon技术优势与高相干性且可提升非谐性，为可扩展多量子比特系统提供新平台。
2023-06-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Direct Dispersive Monitoring of Charge Parity in Offset-Charge-Sensitive Transmons
超导电路的一个显著特点是，它们的本征谱和模间耦合强度可以用代表量子线路元件组合的简单哈密顿量很好地预测。特别感兴趣的是用于描述transmon量子比特的本征谱的库珀对盒哈密顿量，它可以强烈地依赖于约瑟夫森元件上的偏移电荷差。值得注意的是，这种偏移电荷依赖性也可以在辅助读出模式和偏移电荷敏感（OCS）机制中制造的transmon之间的色散耦合中观察到。我们利用这种效应来实现直接的，高保真度的色散读出的联合等离子体和电荷宇称态的OCS transmon，这使得有效的检测电荷波动和非平衡准粒子动力学。具体来说，我们表明，额外的高频滤波可以延长我们的设备的电荷宇称寿命的两个数量级，从而显着改善能量弛豫时间$T_1\sim200~μ\mathrm{s}$。
2019-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Influence of an embedded quantum dot on the Josephson effect in the topological superconducting junction with Majorana doublets
在时间反演不变的马约拉纳纳米线的每一端可以实现一个马约拉纳双峰。我们研究了不同偶极间耦合方式对Majorana偶极呈现结的约瑟夫森效应的影响。研究发现，当Majorana双态通过非磁性量子点间接耦合时，只发生正常的约瑟夫森效应，系统中的费米子宇称只影响电流的方向和幅度。然而，在奇宇称情形下，在量子点上施加有限的磁场可以诱导分数约瑟夫森效应的出现。其次，当Majorana二重态之间的直接耦合和间接耦合共存时，无论量子点上的磁场是有限的，都不会发生分数约瑟夫森效应。相反，$π$周期电流有机会在某些特殊情况下出现。通过分析量子点中费米子占据对整个系统中宇称守恒的影响，澄清了所有的结果。我们确定，这项工作将有助于描述点辅助约瑟夫森效应之间的马约拉纳双峰。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall
A fast tunable 3D-transmon architecture for superconducting qubit-based hybrid devices
超导量子位利用约瑟夫森结的强非线性。通过电流偏置或通过磁通量来控制约瑟夫森非线性，可以是在由超导量子比特组成的混合系统中带来可调谐性的有价值的资源。为了实现这样的控制，在这里，我们将一个快速通量线的频率可调transmon量子位在3D腔结构。我们研究了磁通相关的动态范围，从无约束状态的弛豫，和磁通线的带宽。使用时域测量，我们探测transmon的弛豫从更高的能级后填充腔与$\approx 2.1\times10^4$光子。对于实验所用的器件，我们发现相干恢复所对应的重现时间为4.8~ $μ$ s。我们使用快通量线来调谐量子比特频率，并演示了腔和量子比特模式之间的单个激发的交换。通过测量转移布居与理论预测的偏差，我们估计通量线的带宽为$\approx$ ~100 MHz，受到设计中寄生效应的限制。这些结果表明，在这里采取的方法来实现一个快速的磁通线在一个3D腔可能是有用的基于超导量子位的混合设备。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimal configurations for normal-metal traps in transmon qubits
控制准粒子动力学可以提高超导器件的性能。例如，它已被证明在增加超导量子比特的寿命和稳定性方面是有效的。在这里，我们研究如何优化transmon型量子比特中的正常金属陷阱的位置。当陷阱的大小增加超过一定的特征长度时，几何形状和陷阱位置的细节，甚至陷阱的数量，变得重要。我们讨论了一些实验相关的例子如何缩短过剩准粒子密度的衰变时间。此外，我们发现，在约瑟夫森结附近的陷阱可以降低该结附近的稳态准粒子密度，从而抑制准粒子诱导的量子比特的弛豫速率。这样的陷阱也减少了准粒子产生率波动的影响，使量子比特更加稳定。
2017-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Junction-Intrinsic Dissipation in Hybrid Superconductor-Semiconductor Gatemon Qubits
Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
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。
2026-03-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Absence of Charge Offset Drift in a Transmon Qubit
Ecole Normale Supérieure de Lyon, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂高等师范学院，法国国家科学研究中心，物理实验室）；Departamento de Física, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile（智利大学理学院物理与数学系）；Institut Quantique and Département de Physique, Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学量子研究所及物理系）
本研究展示了一种基于钽的transmon量子比特，其电荷偏移在三个月内保持为零，未影响量子比特寿命，揭示了超导电路中电荷偏移漂移的消除途径。
2026-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Photon blockade and the quantum-to-classical transition in the driven-dissipative Josephson pendulum coupled to a resonator
本文研究了在耗散存在的情况下，耦合到谐振子的约瑟夫森摆的振荡运动和经典近自由转动之间的受驱动量子相变。我们称之为约瑟夫森-拉比模型。该模型描述了电路量子电动力学的标准设置，其中通常将transmon器件嵌入超导腔中。我们发现，通过处理系统量子力学这种转变发生在更高的驱动功率比预期从一个所有的经典治疗，这是一个后果的准周期性起源于离散的束缚态的能谱。我们计算了谐振腔中的光子数，并表明它对驱动功率的依赖是非线性的。此外，由此产生的多光子阻塞现象是敏感的截断的状态的数量在transmon，这限制了标准的Jaynes-Cummings模型的适用性作为一个近似的光子振荡器系统。我们计算了被阻塞的微波光子的n阶关联函数，并观察了行波近似与包含反旋项的完全多级Josephson-Rabi哈密顿量之间的差异。最后，我们比较了两种不同的方法耗散，即Floquet-Born-Markov和Lindblad形式主义。
2019-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chiral states and nonreciprocal phases in a Josephson junction ring
在这项工作中，我们提出了如何加载和操纵的手征态的约瑟夫森结环在所谓的transmon方案。我们利用这些态在时间反演和宇称变换下的对称性来描述它们。我们描述了一个明确的协议来加载和检测一组现实的电路参数内的状态，并显示模拟，揭示了手性的性质。最后，我们探讨了这些国家在量子技术的非互易设备的效用。
2020-09-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Transmon qubit using Sn as a junction superconductor
该研究使用InAs纳米线和β-Sn超导壳实现transmon量子比特，通过栅极调谐频率达3 GHz，获得T1=27微秒和T2=1.8微秒，并探讨了提升相干时间的途径。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Integration of topological insulator Josephson junctions in superconducting qubit circuits
将半导体约瑟夫森结（JJ）集成到超导量子线路中，为混合量子比特提供了一个通用的平台，并提供了一种强有力的方法来探测奇异的准粒子激发。最近的建议，使用电路量子电动力学（cQED）来检测拓扑超导激励集成的新拓扑材料在这样的电路。在这里，我们报告的实现超导transmon量子比特与$(Bi_{0.06}Sb_{0.94})_{2}Te_{3}$拓扑绝缘体（TI）的JJ使用超高真空制造技术。我们的衬底上的微波损耗与单片集成的硬掩模，用于选择性区域生长的TI纳米结构，意味着微秒限制弛豫时间，从而与强耦合cQED的兼容性。我们使用腔-量子比特相互作用来证明基于TI的transmons的约瑟夫森能量与它们的JJ维度成比例，并证明量子比特控制以及时间量子相干性。我们的结果铺平了道路，先进的研究拓扑材料在这两个新的约瑟夫森和拓扑量子比特。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Anharmonicity of a Gatemon Qubit with a Few-Mode Josephson Junction
基于半导体纳米线的栅压控制的混合transmon量子比特（gatemons）的相干操作最近被证明。在这里，我们实验研究的非谐性外延InAs-Al约瑟夫森结，一个关键参数，他们作为一个量子比特的使用。非谐性被认为是减少了大约两个因素相比，传统的金属结，并依赖于栅极电压。实验结果与理论模型一致，表明约瑟夫森耦合是由半导体结中的少数高透射模式介导的。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Destructive Little-Parks Effect in a Full-Shell Nanowire-based Transmon
在低$E_J/E_C$区研究了具有完全包围InAs纳米线芯的外延Al壳的半导体transmon。作为沿混合线轴的通量的函数的小帕克斯振荡是破坏性的，在半量子的施加通量下产生由金属态分离的可重入超导性的瓣。在第一波瓣中，相缠绕在壳层上可以在芯层中诱导拓扑超导。在第零波瓣和第一波瓣中都观察到相干量子比特操作。通过跨结的相干单电子耦合的宇称带的分裂在谱线展宽之外没有被解决，这对马约拉纳耦合施加了限制，$E_M/h$ < 10 MHz，比约瑟夫森耦合$E_J/h$ ~ 4.7 GHz小得多。
2020-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Two-tone spectroscopy of high-frequency quantum circuits with a Josephson emitter
本研究提出利用电压偏置约瑟夫森结产生高频辐射、辅助微波谐振器检测的双频谱方案，在transmon量子比特和λ/4谐振器上验证，实现80 GHz以上毫米波频段工作，可用于高相干量子系统探测。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Quantum phase slips in a resonant Josephson junction
本文研究共振约瑟夫森结中库珀对隧穿对量子相位滑移的影响，发现朗道-齐纳效应抑制$2π$滑移，使$4π$滑移主导，并在transmon电路中观察到残余电荷色散。
2023-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
The quartic Blochnium: an anharmonic quasicharge superconducting qubit
本文提出一种采用四次超电感器的准电荷超导量子比特设计，通过约瑟夫森结环链在保持对磁通和电荷涨落鲁棒性的同时增强频谱非谐性，以抑制泄漏错误和频率拥挤。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopy of spin-split Andreev levels in a quantum dot with superconducting leads
本研究利用混合超导-半导体transmon器件，对含未配对准粒子的自旋1/2量子点约瑟夫森结进行光谱学测量，揭示了自旋轨道耦合导致的磁通敏感分支及反常约瑟夫森效应，并通过全电学控制实现自旋翻转跃迁，为安德烈夫自旋量子比特的实现奠定基础。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Singlet-doublet transitions and Josephson currents in a superconducting ring with a quantum dot
Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院人工结构与量子控制教育部重点实验室）；Department of Physics, Southern University of Science and Technology（南方科技大学物理系）
该研究采用变分波函数方法，探究嵌入量子点的超导环的基态性质，揭示混合价态量子点下系统基态的单重态-双重态跃迁，以及超电流随磁通量振荡且在相变点突变的特性。
2026-09-01 cond-mat.mes-hall
Magnetic flux controlled current phase relationship in double Quantum Dot Josephson junction
Shanghai Jiaotong University（上海交通大学）
研究磁通量对双量子点约瑟夫森结中电流相位关系的影响，通过构建有限维替代哈密顿量并计算物理量，发现单量子点库仑相互作用导致单态与双态相变，磁通量对单态影响小但对双态影响大，双量子点相互作用时出现两相变，磁通量抑制双态和三态并稳定单态。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
The Interacting Impurity Josephson Junction: Variational Wavefunctions and Slave Boson Mean Field Theory
我们研究了两个超导体之间的约瑟夫森耦合介导的无限U安德森杂质，适应变分波函数的方法已被证明是成功的近藤模型。然而，与近藤问题不同的是，单重态和双重态能量的交叉可以通过改变近藤能量与超导能隙的比率来产生，这与Clerk和Ambegaokar最近的工作一致。我们构造了该结的相图，并讨论了不同相的性质。此外，我们发现单重态和二重态能量内的奴隶玻色子平均场的方法。我们发现，从玻色子平均场处理是无法解释的能级交叉。
2000-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tomographic Signatures of Interacting Majorana and Andreev States in Superconductor-Semiconductor Transmon Qubits
本文研究超导体-半导体 transmons 量子比特中基态结库珀对电荷分布的层析重建，提出通过电荷态概率分布特征识别相互作用态与拓扑态，并利用信息论指标分类结中激发类型差异。
2025-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Structural instability of driven Josephson circuits prevented by an inductive shunt
超导电路是一个多功能的平台，可以实现大量的哈密顿算子，执行量子计算，模拟和传感任务。实现所需哈密顿量的一个关键因素是电路受到强驱动的照射。这些强大的驱动器提供了一个原位控制的耦合，这是无法获得的近平衡哈密顿。然而，如本文所示，失去平衡的系统很容易受到复杂动力学的困扰，导致不稳定。从基础和应用的角度来看，预测和预防这些不稳定性至关重要。我们提出了一个电感分流transmon的基本电路优化强参数驱动器。开发一种新的数值方法，避免了内置的扰动分析的局限性，我们证明，增加电感分流显着扩展的泵浦功率的范围内的电路表现在一个稳定的方式。
2019-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent and compact van der Waals transmon qubits
Columbia University（哥伦比亚大学）；Northwestern University（西北大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；RTX BBN Technologies（RTX BBN技术公司）；Northeastern University（东北大学）
本文提出了一种由范德瓦尔材料制成的相干且紧凑的超导量子比特，展示了其在低温下的高相干性和介电损耗主导的弛豫机制。
2025-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Strongly anharmonic flux-tunable transmon based on InAs-Al 2D heterostructure
University of Maryland, College Park, MD, USA（美国马里兰大学帕克分校）；New York University, New York, NY, USA（美国纽约大学）；University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, USA（美国威斯康星大学麦迪逊分校）；Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Lausanne, Switzerland（瑞士洛桑联邦理工学院）
基于InAs-Al二维异质结构的强非谐振可调transmon通过增强非谐振性和简洁设计，实现了高相干性驱动和高Rabi频率，为量子信息处理提供新资源。
2025-12-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gatemon Benchmarking and Two-Qubit Operation
最近的实验已经证明了半导体纳米线约瑟夫森结的超导transmon量子比特。这些混合门激子量子比特利用半导体的场效应可调谐性特性，以允许使用栅极电压进行完全的量子比特控制，这可能是优于传统通量控制的transmons的技术优势。在这里，我们提出了一个双量子比特门电路的实验。我们描述了量子比特的一致性和稳定性，并使用随机基准测试来证明所有门的单量子比特门误差低于0.7%，包括电压控制的$Z$旋转。我们展示了两个栅振子之间的相干电容耦合和相干交换操作。最后，我们完成了一个双量子比特控制相位门，估计保真度为91%，证明了门子量子比特用于构建可扩展量子处理器的潜力。
2015-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Direct manipulation of a superconducting spin qubit strongly coupled to a transmon qubit
本研究利用量子点约瑟夫森结的自旋分裂双重基态，实现超导自旋量子比特的直接操控，并通过嵌入transmon量子比特展示强耦合，为混合量子计算架构奠定基础。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
$4π$-periodic Josephson supercurrent in HgTe-based topological Josephson junctions
约瑟夫森效应描述了两个超导体之间的弱连接中超导电流的一般外观。然而，它的确切物理性质深深地影响了超电流的性质。对约瑟夫森结的详细研究可以揭示超导配对（自旋-三重态关联，$d$波对称性）或电子输运（量子点，弹道通道）的微观性质。近年来，相当多的努力集中在超导体与拓扑绝缘体的耦合上，其中输运是由具有螺旋自旋极化的拓扑保护的狄拉克表面态介导的（而本体保持绝缘）。在这里，超导体的接近被预测会产生非常规的诱导$p$波超导性，具有拓扑保护的无隙Andreev束缚态的双重态，其能量随着跨结的超导相位差周期性地变化$4π$。在这篇文章中，我们报告了一个观察到的约瑟夫森结的3D拓扑绝缘体碲化汞的弱连接的射频辐射的异常响应。该响应被理解为是由于对超电流的$4π$周期性贡献，并且其幅度与无间隙Andreev双峰的预期贡献兼容。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A graphene transmon operating at 1 T
超导transmon量子比特对强磁场的弹性是拓扑和混合量子计算（QC）方案的重要组成部分。超导量子比特由一个大电容分流的约瑟夫森结（JJ）耦合到一个高品质因数的超导谐振器组成。在传统的transmon器件中，JJ由Al/AlO $_x$ /Al隧道结制成，其在Al的临界磁场10 mT以上停止操作。因此，需要替代的结技术来将这些量子比特的操作推进到强磁场中。石墨烯JJ由于其高质量、弹道输运和电可调临界电流密度而成为这样的候选物之一。重要的是，石墨烯的单层结构保护JJ免受轨道干扰效应的影响，否则轨道干扰效应将抑制在高磁场下的操作。在这里，我们报告了将弹道石墨烯JJ集成到微波频率超导电路中以创建第一个石墨烯transmons。电可调谐性允许石墨烯的特征带色散通过色散微波光谱学来解析。我们表明，该设备是不敏感的所施加的领域和执行能级光谱的transmon在1 T，比以前的研究高出一个数量级以上。
2018-06-28 cond-mat.mes-hall
Decoherence of superconducting qubits caused by quasiparticle tunneling
在超导量子比特中，量子比特自由度与准粒子的相互作用定义了量子比特相干性的基本限制。本文发展了准粒子隧穿约瑟夫森结引起的纯退相率Γ_∞和结中Andreev态占据变化引起的非均匀展宽的理论。为了估计Γ_π，我们推导了量子比特动力学的主方程。自由准粒子在接近超导能隙的能量处具有大的态密度，从而提高了它们的隧穿率。然而，我们发现，与当前大多数量子比特设计（相位和通量量子比特，transmon，fluxonium）中由外在因素决定的速率相比，Γ_p很小。其中单个结被SQUID环取代的分裂transmon代表了可以使测量Γ_π成为可能的例外。量子比特频率的波动导致非均匀加宽，这可能是由与相位偏置约瑟夫森结相关的Andreev态的占据数的波动引起的。这种机制可以在具有小面积结的量子位中揭示，因为它引起的频率的最小相对变化是结中传输通道的倒数。
2012-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Absence versus Presence of Dissipative Quantum Phase Transition in Josephson Junctions
尽管缺乏具体的实验证据，但耗散量子相变已被广泛认为发生在耦合到电阻的约瑟夫森结中。在这里，在数值和分析的非微扰重整化群（RG）分析的基础上，我们揭示了以前的微扰参数的故障，并藐视的共同智慧，过渡总是发生在量子电阻$R_{Q} \!=\! h/(4e^2)$。我们发现，RG流在非微扰制度诱导非单调重整化的充电能量，并导致一个定性不同的相图，绝缘体相被强烈抑制到深电荷制度（库珀对箱），而系统总是超导的transmon制度。我们确定了一个以前被忽视的危险的不相关的术语作为传统理解失败的根源。我们的预测可以在最近实现高阻抗长超导波导的实验中得到验证，并将为长期存在的关于耗散量子相变在反向分流约瑟夫森结中的命运的争论提供解决方案。
2022-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
A transmon qubit realized by exploiting the superconductor-insulator transition
本文利用氮化铌薄膜的厚度驱动超导体-绝缘体转变形成新型弱连接，制造了transmon量子比特，解决了约瑟夫森结的可扩展性问题，并实现了235 MHz的非谐性。
2025-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Exciting Andreev pairs in a superconducting atomic contact
约瑟夫森效应描述了超导电流在两个超导体之间的弱连接中的流动，例如隧道结，纳米线或分子。它是各种电路和设备的基础，应用范围从医学到量子信息。目前，使用约瑟夫森电路的实验表现得像人造原子一样，正在彻底改变我们探索和利用量子物理定律的方式。在微观上，超导电流由Andreev对态携带，Andreev对态位于弱连接处。这些状态以双重态的形式出现，并且在超导能隙内具有能量。现有的约瑟夫森电路仅基于每个偶极子的基态的性质，并且到目前为止还没有直接检测到激发态。在这里，我们通过超导原子接触的光谱测量来确定它们的存在。光谱取决于原子的组态和超导体之间的相位差，与理论完全一致。Andreev二重态可以用来在新型超导量子比特中编码信息。
2013-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Improving wafer-scale Josephson junction resistance variation in superconducting quantum coherent circuits
量子比特（quantum bits）是下一代计算机和探测器所设想的相干电路的一个例子。具有$O$（100 $μ$ s）的相干寿命的鲁棒超导量子比特是transmon：约瑟夫森结用作与电容器并联以形成非谐振子的非线性电感器。在具有许多这种传输子的复杂器件中，通常需要对每个量子比特频率进行精确控制，因此结面积和隧道势垒厚度的变化必须充分最小化，以实现最佳性能，同时避免相邻电路之间的光谱重叠。简单地将我们针对单个独立器件优化的配方移植到晶圆级（从150 mm晶圆生产64，1x1 cm管芯），最初导致室温隧穿电阻的全局漂移为$\pm$ 30%。推断从这个电阻分布的临界电流$I_{\rm c}$的变化，我们提出了一个优化的过程，从系统的38个晶片的研究，结果在$<$ 3.5%的相对标准偏差（RSD）的临界电流（$\equiv σ_{I_{\rm c}}/\left\langle I_{\rm c} \right\rangle$）为3000约瑟夫森结（单结和非对称SQUID）在49厘米$^2$。在衬底上的1x1 cm移动窗口内观察给出了给定量子位芯片的变化特性的估计。我们的最佳工艺，利用超声辅助显影、均匀灰化和动态氧化，显示平均在1x1 cm内$σ_{I_{\rm c}}/\left\langle I_{\rm c} \right\rangle$ = 1.8%，少数1x1 cm区域的$σ_{I…
2020-05-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
A Depinning Model for Josephson Junction Tuning
针对约瑟夫森结制备后调谐的物理机制不明问题，基于脱钉理论建立调谐模型，解释调谐速率相图，明确调谐对多参数的依赖，阐明可控调谐原理与优化路径，分析调谐对势垒击穿的影响及模型与实测的能级偏差。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of Josephson junction array modes on fluxonium readout
本文理论分析磁通量子比特色散读取中由约瑟夫森结阵列内部模式引发的新型测量诱导态跃迁，发现其影响读取并导致退相干，但可通过优化频率或耦合避免。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving Transmon Qubit Performance with Fluorine-based Surface Treatments
本文提出使用两种基于氟的湿法刻蚀处理固定频率transmon量子比特Josephson结下方的硅表面，有效去除了锗残留物，将最高性能工艺的能量弛豫时间T1提升至334 μs，并揭示了金属-基底界面是微波损耗的主要来源。
2025-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Non-Abelian Majorana Doublets in Time-Reversal Invariant Topological Superconductor
非阿贝尔Majorana零模的研究推进了我们对量子物质基本物理的理解，并推动了这种奇异态在拓扑量子计算中的潜在应用。在二维和一维手征超导体中，孤立的Majorana费米子服从非阿贝尔统计。然而，由于Kramers定理，$Z_2$时间反转不变（TRI）拓扑超导体中的Majorana模是成对的。因此，在TRI超导体中的编织操作总是交换两对马约拉纳。在这项工作中，我们有趣地表明，由于时间反演对称性的保护，非阿贝尔统计可以在一维TRI拓扑超导体中获得，并可能具有应用于拓扑量子计算的优势。此外，我们揭示了约瑟夫森效应中的一个有趣的现象，即约瑟夫森电流的周期性依赖于超导态的费米子宇称。这种效应提供了对这种1D TRI超导体中的拓扑量子比特状态的直接测量。
2013-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Millisecond charge-parity fluctuations and induced decoherence in a superconducting qubit
准粒子激发对超导器件的性能有着广泛的影响。它们限制了天文学中光子探测器的灵敏度，计量学中电流源的准确性，微型冰箱的冷却能力，并可能打破Majorana量子比特的拓扑保护。在用于量子信息处理的超导电路中，准粒子穿过约瑟夫森结的隧穿构成退相干机制。由于transmon型电荷量子比特的弛豫和纯退相时间现在达到100微秒，了解准粒子隧穿是否已经成为相干性的瓶颈是非常有趣的。我们整合电路量子电动力学中量子比特读出和反馈控制的最新进展，首次实时观察了transmon量子比特中的准粒子隧穿。我们证明了准粒子隧穿贡献的量子位弛豫和纯退相在毫秒范围内。因此，准粒子隧穿不会限制相干性至少一个超出现有技术水平的数量级。
2012-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Simulation of supersymmetric quantum mechanics in a Cooper-pair box shunted by a Josephson rhombus
量子力学中的超对称性提供了一种方法来获得激发光谱中的简并性，而这种简并性并不源于选择规则。简并现象背后的机制，与在高能物理学背景下发现的超对称场论中导致发散奇迹般消除的机制相同。尽管这很重要，但到目前为止，还没有一个现实的建议，非可积系统，显示由于超对称结构的水平退化。在这里，我们提出了一个量子力学的超对称性的实施库珀对盒分流的约瑟夫森结菱形有效的$π$周期的超导相位差。对于$2π$ -和$π$ -周期性结的强度之间的特征比率，我们发现从弱结/电荷量子位极限到强结/transmon制度的所有能级的两倍简并。我们提供了明确的菱形的参数值，并表明，调整和超对称点很容易实现通过改变外部栅极电压。我们还讨论了微波实验，以检测超对称性，并得出结论，它确实可以模拟与目前现有的约瑟夫森结技术。
2016-09-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
