Coherent Josephson phase qubit with a single crystal silicon capacitor
我们在约瑟夫森相位量子比特中加入了一个单晶硅并联电容。该电容器是从一个商业绝缘体上硅晶片。Bosch反应离子蚀刻用于创建悬浮的硅膜;随后两侧的金属化用于形成电容器。晶体硅优异的介电损耗导致量子位能量弛豫时间显著增加。测量到的T1时间高达1.6微秒，比非晶相量子比特中看到的大两倍多。该设计易于扩展到包含多个量子位和谐振器的较大集成电路。
2012-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Quarter-wave Resonator Based Tunable Coupler for Xmon Qubits
提出了一种基于四分之一波长谐振器的可调谐耦合器方案。T型谐振器的开放端与两个Xmon量子比特电容耦合，而另一端是主导耦合器谐振器的电感能量的非对称dc-SQUID。通过磁通偏置线施加的直流电流可以改变dc-SQUID内部的磁通量，从而可以有效地调谐耦合器谐振腔的频率，并完全关闭量子比特之间的耦合。随着结非对称性的增加，在耦合器谐振腔所要求的工作频率范围内，SQUID的有效相位差和腔模之间的耦合变小，从而减小了谐振腔品质因数的下降。利用T型谐振器的横向宽度可以增大交叉电容的间距，从而有效抑制ZZ串扰耦合。非对称dc-SQUID距离Xmon量子比特约5毫米，并且仅需要磁通偏置线上的小电流，这原则上对超导Xmon量子比特产生较少的磁通噪声。
2022-08-19 quant-ph
Single crystal silicon capacitors with low microwave loss in the single photon regime
我们用C >2 pF的单晶硅介质平行板电容器制作了集总元件几何结构的超导微波谐振器。谐振频率在4.0和6.5 GHz之间的铝器件在T = 20 mK的单光子激发状态下表现出平均内部品质因数Q_i为2 × 10^5。将观察到的所有损耗都归因于电容元件，我们的测量结果对应于本征硅的损耗角正切为5 x 10^-6。这种损耗水平比目前在包含非晶介电材料的结构中观察到的低一个数量级，因此使单晶硅电容器成为用于实现长寿命量子线路的有吸引力的鲁棒路线。
2011-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Characterization of superconducting through-silicon vias as capacitive elements in quantum circuits
针对超导量子比特及读出谐振器片上尺寸过大的问题，提出利用紧凑的超导硅通孔作为集总元件电容器，实验证明其具备足够质量并能显著缩减电路尺寸。
2023-08-01 quant-ph
Low-characteristic-impedance superconducting tadpole resonators in the sub-gigahertz regime
本文提出一种名为蝌蚪形谐振器的超导器件设计，通过共面波导与平行板电容结合实现低特性阻抗，在亚吉赫频段下保持高品质因数和小尺寸，是实现与其他微波组件强电感耦合的理想候选者。
2024-11-19 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Microwave transmissions through superconducting coplanar waveguide resonators with different coupling configurations
在高纯硅衬底上设计并制作了两种不同耦合电容的超导铌共面波导微波谐振器。在20 mK的温度下测量它们的微波传输。结果表明，这两种谐振器具有明显不同的加载品质因数，一种是$5.6\times{10}^{3}$，另一种是$4.0\times{10}^{4}$。用经典的ABCD矩阵法对实测数据进行了拟合。我们发现，透射峰偏离标准洛仑兹的频率加宽。
2013-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
A double-resonator coupler for high-fidelity two-qubit gates between superconducting qubits
NextQuantum Center, Seoul National University（首尔大学 NextQuantum 中心）；Department of Physics and Astronomy, Seoul National University（首尔大学物理与天文学系）；Institute of Applied Physics, Seoul National University（首尔大学应用物理研究所）；Samsung Advanced Institute of Technology, Samsung Electronics（三星电子三星先进技术研究院）
该研究提出双谐振器耦合器（DRC），可完全消除宽失谐范围的残余ZZ相互作用，实现20纳秒、失保真度低于10^-5的高保真双量子比特门，为超导量子处理器提供灵活单结耦合架构。
2026-11-04 quant-ph
Circuit analog of quadratic optomechanics
我们提出了一个超导电路，模拟二次光机系统。放置在两个传输线（TL）谐振器之间的电容器就像一个半透明膜，而终止TL谐振器的超导量子干涉器件（SQUID）就像一个可移动的镜子。结合这些电路元件，可以模拟二次光机械耦合，其耦合强度由耦合电容和通过SQUID的可调偏置通量确定。使用现实的参数估计表明，可以实现耦合强度的改善，从已经观察到的膜中的中间腔光学机械系统的五个数量级。这导致实现二次光力学的强耦合制度的可能性。
2014-12-22 quant-ph
Superconducting Resonator-Rydberg Atom Hybrid in the Strong Coupling Regime
我们提出了一个很有前途的混合量子系统，其中高激发态原子通过电容器的电场与超导LC振荡器发生强相互作用。外加一个静电场来调谐原子的能谱。在里德伯原子的DC斯塔克映射中，原子量子比特由两个本征态在一个避免的能级交叉处实现。改变静电场使原子-量子比特跃迁与微波谐振器共振或非共振，从而导致具有极大协同性的强原子-谐振器耦合。与超导电路中的约瑟夫森结引起的非线性效应类似，大的原子-谐振腔界面会扰动谐振腔的谐振势，从而产生一个人工二能级粒子。不同的通用双量子位逻辑门也可以在我们的混合系统中执行，在该空间中，原子量子位耦合到单个光子，其相互作用强度远远大于任何弛豫速率，为腔介导的状态传输打开了大门。
2016-11-16 physics.atom-ph quant-ph
Quantum superposition of localized and delocalized phases of photons
基于一种利用超导电路构造的二位Jaynes-Cummings-哈伯德模型，我们提出了一种相干叠加光子定域和离域相位的方法.在我们的模型中，两个非线性超导带线谐振器通过一个由超导量子比特和电容并联组成的界面电路耦合，该界面电路对光子的跳跃率起着量子旋钮的作用：当旋钮量子比特处于基态/激发态时，注入的光子在谐振器中趋于局域化/离域.我们发现，通过在球量子比特上施加适当频率的微波场，我们可以在光子定域相位和离域相位之间表现出拉比振荡。此外，这种设置提供了优势（e。G.无限的开/关比）优于用于利用超导量子比特实现可扩展量子计算的其他提议。
2011-09-23 quant-ph
Characterization of low-temperature microwave loss of thin aluminum oxide formed by plasma oxidation
我们报告的表征薄氧化铝薄膜在低温下使用超导集总谐振器的微波损耗。氧化物膜使用铝的等离子体氧化来制造，并且具有5nm的厚度。我们测量的介电损耗与微波功率的谐振器的频率在GHz范围内的温度从54到303 mK。损耗随功率和温度的变化符合隧穿二能级系统理论。这些结果对于理解超导量子器件中的退相干是有意义的。所获得的氧化物膜是薄的和坚固的，使它们适合于紧凑的微波谐振器中的电容器。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Charge Parity Rates in Transmon Qubits with Different Shunting Capacitors
本文用类 Ramsey 脉冲序列测量五种不同几何与材料的 transmon 量子比特，发现电荷宇称率随设计相差两倍且与电容材料无关，并结合涡旋俘获实验和黑体辐射模拟指出 Josephson 结处破对光子吸收是主要来源。
2025-03-14 cond-mat.supr-con quant-ph
A First Demonstration of the SQUAT Detector Architecture: Direct Measurement of Resonator-Free Charge-Sensitive Transmons
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University（斯坦福大学卡弗里粒子天体物理学和宇宙学研究所）；Department of Physics, Stanford University（斯坦福大学物理系）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本文首次演示了SQUAT探测器架构，通过直接测量无谐振器的电荷敏感超导谐振子，实现了同时检测电荷和准粒子信号的能力。
2026-01-22 physics.ins-det quant-ph
Circuit electromechanics with single photon strong coupling
在电路机电学中，耦合强度通常很小。在这里，我们用超导磁通量子比特代替电路机电学中的电容器，证明了量子比特和两个谐振器之间的耦合可以诱导有效的机电耦合，在可行的实验参数下，可以在单光子水平上实现强耦合。我们使用两个谐振器和量子位之间的色散耦合，而量子位也由外部经典场驱动。这些耦合在三个元件之间形成三波混频配置，其中量子位自由度可以被精确地消除，并且因此导致两个谐振器之间的增强的耦合。因此，我们的工作是研究电路机电学中量子非线性效应的第一步。
2015-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Stabilizing Rabi Oscillation of a Charge Qubit via Atomic Clock Technique
我们提出了一种超导电路-原子混合体，其中岛中单个过剩库珀对的拉比振荡通过普通的原子钟技术来稳定。超导电路中的噪声被映射到电压源上，该电压源通过电感器和栅极电容器偏置库珀对盒。门电荷的快速波动被电感电容谐振器显著抑制，导致长弛豫时间拉比振荡。更重要的是，通过使用一般的反馈控制方法，其中通过连续测量dc-Stark-shift-induced原子Ramsey信号来稳定电压偏置，进一步减小了残余的低频波动。由此产生的电荷-量子比特拉比振荡的稳定性和相干时间都得到增强。详细研究了这种库珀对盒振荡器的主要结构。
2018-01-04 physics.atom-ph quant-ph
Polarization- and frequency-tunable microwave circuit for selective excitation of nitrogen-vacancy spins in diamond
我们报道了一种平面微波谐振器，它提供任意极化的振荡磁场，使金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋能够被选择性激发。偏振面平行于金刚石表面，这使得谐振腔与（111）取向金刚石完全兼容。在直径为4 mm的圆形区域内，场分布在空间上是均匀的，并且实现了接近完美的圆偏振。我们还证明，通过引入用作可变电容器的变容二极管，可以在2-3.2 GHz范围内改变2.8 GHz的原始谐振频率。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization and Reduction of Capacitive Loss Induced by Sub-Micron Josephson Junction Fabrication in Superconducting Qubits
约瑟夫森结形成了几乎所有超导量子比特的基本非线性。当两个超导电极彼此在$\sim$ 1 nm内时形成结。虽然这些电极的电容是总量子位电容的一小部分，但附近的电场更集中在电介质表面，并且可以对总耗散做出实质性贡献。我们已经开发了一种技术，实验研究这些电极对超导器件质量的影响。我们使用$λ$ /4共面波导谐振器来模拟集总量子位电容。我们将可变数量的这些电极添加到这些谐振器的电容端，并测量附加损耗如何随电极数量而变化。然后，我们减少这种损失的制造技术，限制了大量的有损反射。然后，我们将这些技术应用于在硅衬底上制造Xmon量子位，以将其能量弛豫时间提高5倍。
2017-06-03 quant-ph
Observation of Higher-Order Sideband Transitions and First-Order Sideband Rabi Oscillations in a Superconducting Flux Qubit Coupled to a SQUID Plasma Mode
我们报告的超导磁通量子比特的光谱测量和时域测量的结果。直流超导量子干涉仪（SQUID），用于读出的量子位，和一个并联电容器形成一个LC谐振器产生SQUID等离子体模式。在一个简单的测量方案中观察到更高阶的红色和蓝色边带，因为谐振器的谐振能量，600 MHz，与热能相当。我们还观察到载流子跃迁和一阶边带跃迁的拉比振荡。因为量子位耦合到dc SQUID的单臂，所以量子位-SQUID耦合在零偏置电流下是显著的，在零偏置电流下观察到这些现象。载波跃迁和边带跃迁的拉比周期之间的比率进行比较，从耦合常数，这是单独确定的估计。该结果可以通过假设谐振器的初始激励来解释。
2013-05-27 cond-mat.supr-con quant-ph
High quality superconducting tantalum resonators with beta phase defects
本研究发现含低浓度β相钽包裹体的集总元件谐振器单光子下内部品质因数更高，打破β相是损耗源的固有认知，为提升钽基超导电路相干性提供了新方向。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Tunable Resonator Integrated Magnetometry
Northrop Grumman Mission Systems（诺斯罗普·格鲁曼任务系统）；University of Connecticut（康涅狄格大学）
本文提出并实现了一种基于超导可调谐谐振器（tRes）的磁力计，结合LC电路速度和SQUID磁通灵敏度，在毫开尔文温度下实现高灵敏度快速磁测量。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
An analysis method for transmission measurements of superconducting resonators with applications to quantum-regime dielectric-loss measurements
超导谐振器提供了一种方便的方法来测量各种超导材料在低温下的损耗角正切。为了研究谐振器中的微观损耗机制，需要在谐振器中存储的不同能量值下精确测量内部品质因数。在这里，我们提出了一个一致的方法来分析耦合到传输线的LC超导谐振器。首先，我们推导出一个近似表达式的传输S-参数$S_{21}$的基础上一个完整的电路模型。在弱耦合极限下，通过拟合$S_{21}$的近似形式，我们证明了内部品质因数是可靠的。由于需要LC电路的电容器的电压$V$来确定存储在谐振器中的能量，所以我们接下来计算$V$和正向传播波电压$V_{in}^+$之间的关系。由于品质因数对电压的依赖性，$V$不是简单地与$V_{in}^+$成比例。我们找到了一种自洽的方法来确定$V$和$V_{in}^+$之间的关系，它只采用$S_{21}$的拟合参数和线性比例因子。然后，我们研究了端口反射和阻抗失配的情况下的谐振器传输。我们发现，谐振器传输不对称性主要是由于不连续性的反射传输线。我们表明，我们的分析方法来提取内部品质因数是强大的，在上述非理想的情况下。最后，我们指出LC谐振器的分析方法可以推广到任意弱耦合集总和分布谐振器。一般化使用基于最接近谐振频率的极点和零点的响应函数的系统近似。这种最近极点和零点法（CPZM）是分析高Q谐振器物理测量的一种有价值的工具。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Cryogenic rf-to-microwave transducer based on a dc-biased electromechanical system
Laboratoire Kastler Brossel, Sorbonne Université, CNRS, ENS–Université PSL, Collège de France（卡斯勒-布罗塞尔实验室，索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，法兰西公学院）；Alice & Bob（爱丽丝与鲍勃公司）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（尼尔斯·玻尔研究所，哥本哈根大学）；Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（混合量子网络中心（Hy-Q），尼尔斯·玻尔研究所，哥本哈根大学）；Institut Universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）
该研究提出了一种基于直流偏置电磁机械系统的低温射频至微波转换器，实现了高灵敏度的电荷检测和低噪声异频链路。
2026-01-30 quant-ph
Niobium Air Bridges as Low-Loss Components for Superconducting Quantum Hardware
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本研究提出了一种基于铌的低损耗空气桥制造工艺，实现了高品质因子的超导谐振器和低损耗真空电容，提升了超导量子硬件的性能和稳定性。
2026-02-05 quant-ph
Synthesizing multi-phonon quantum superposition states using flux-mediated three-body interactions with superconducting qubits
在量子尺度下工作的大质量机械谐振器可以在量子技术中实现各种各样的应用，以及量子理论的基本测试。在这个方向上至关重要的是，它们可以集成到最先进的量子平台中，以及使用良好控制的高保真操作将它们制备成通用量子态的能力。在这里，我们提出了一个方案，用于控制射频机械谐振器在量子尺度上使用两个超导transmon量子位，可以集成在同一芯片上。具体来说，我们考虑两个量子位通过电容器并联耦合到超导量子干涉器件（SQUID），该器件的一个臂中嵌入有悬挂的机械梁。通过对量子系统的理论分析，我们发现这种结构与面内磁场相结合，可以在单光子强耦合区产生可调的三体相互作用，同时抑制杂散量子比特-量子比特耦合。使用最先进的参数和量子比特操作在单激发水平，我们数值证明了基态冷却的可能性，以及高保真制备机械量子态和量子比特声子纠缠，即具有负维格纳函数和服从非经典关联的状态。我们的工作显着扩展了射频机械谐振器的量子控制工具箱，并可能作为一个有前途的架构集成这样的机械元件与transmon为基础的量子处理器。
2019-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived, radiation-suppressed superconducting quantum bit in a planar geometry
我们提出了一个超导量子位的设计，是在一个超导接地平面上的二维几何结构，以提高寿命。量子位耦合到微带谐振器用于读出。该电路是在硅衬底上制造的，使用低损耗，化学计量氮化钛的电容器焊盘和小，阴影蒸发铝/氧化铝结。我们观察到量子位弛豫和相干时间（$T_1$和$T_2$）分别为11.7 $\pm$ 0.2 $μ$ s和8.7 $\pm$ 0.3 $μ$ s。计算表明，超导平面的接近抑制了量子比特的高辐射损耗。一个显着增加$T_1$预计减少量子位超导平面分离。
2012-11-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Improved superconducting qubit coherence using titanium nitride
我们证明了增强的弛豫和退相时间的transmon量子比特，高达~ 60 μs的制造叉指分流电容器使用氮化钛（TiN）。与与约瑟夫森结同时沉积的剥离铝相比，这代表了多达六倍的改进，并提供了证据表明，先前的平面transmon相干时间受到来自驻留在界面处或界面附近的两级系统（TLS）缺陷的表面损耗的限制。同时，我们观察到一个异常的TiN谐振器的温度依赖性的频率偏移，这是不符合预测的TLS模型。
2013-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Interface Piezoelectric Loss in Superconducting Qubits
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
研究通过超导量子比特与机械模式共振，发现界面压电效应导致量子比特寿命减少，揭示压电损耗作为超导量子比特的独立损耗通道。
2026-05-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices
Cornell University（康奈尔大学）；University of Florida（佛罗里达大学）；NY Creates（纽约创造者）
通过将溅射气体从氩气改为氪气，在低至200°C的硅基底上合成体心立方相钽薄膜，实现了与标准半导体后道工艺兼容的宽工艺窗口，并展示了具有14百万中值品质因数的紧凑型transmon量子比特。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hexagonal Boron Nitride (hBN) as a Low-loss Dielectric for Superconducting Quantum Circuits and Qubits
在微波频率下具有低损耗的电介质对于高相干固态量子计算平台是必不可少的。通过测量NbSe $_{2}$ -hBN-NbSe $_{2}$异质结电容器的品质因数，研究了六方氮化硼（hBN）薄膜在微波波段的介电损耗。提取的hBN的微波损耗角正切在低温、单光子状态下被限制为至多在中间10 $^{-6}$范围内。我们将hBN PPC与铝约瑟夫森结集成，以实现相干时间达到25 $μ$ s的transmon量子位，这与从谐振器测量中推断的hBN损耗角正切一致。与传统的全铝共面transmons相比，hBN PPC将量子位特征尺寸减小了大约两个数量级。我们的研究结果确立了hBN作为一种有前途的电介质，用于构建高相干性量子线路，具有大幅减少的足迹，并具有高能量参与，有助于减少不必要的量子位串扰。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Improving the lifetime of aluminum-based superconducting qubits through atomic layer etching and deposition
AWS Center for Quantum Computing（亚马逊量子计算中心）；Google Research（谷歌研究）；National Institute of Standards and Technology（国家标准与技术研究院）
本文提出了一种干表面处理方法，结合原子层蚀刻和沉积技术，减少铝基超导器件中的介电损耗，提升了量子比特的性能和寿命。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Oxide-Nitride Heteroepitaxy for Low-Loss Dielectrics in Superconducting Quantum Circuits
Northwestern University（西北大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Elmhurst University（埃尔姆赫斯特大学）；Northeastern Illinois University（东北伊利诺伊大学）
本研究通过异质外延技术制备了高结晶度的氧化铝介电体，实现了低微波损耗，为超导量子电路提供了新的材料平台。
2026-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
