Adaptive Spectroscopy of Fast Two-Level-System Dynamics in Superconducting Qubits
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Regensburg（雷根斯堡大学）；Universiteit Leiden（莱顿大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
针对超导量子比特中寄生TLS缺陷引发的稳定性问题，提出基于FPGA的亚秒级自适应光谱方法，观测到比传统方法快约300倍的TLS快速动力学，并关联其与门级误差，重新定义了相关表征校准的时间尺度。
2026-08-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum environment afterglow from broadband excitation spectroscopy in superconducting qubits
Institute for Functional Quantum System (PGI-13), Forschungszentrum Jülich（朱利希研究中心功能量子系统研究所）；Department of Physics, RWTH Aachen University（亚琛工业大学物理系）
本文通过时间分辨宽带激发光谱研究超导量子比特环境，重建噪声谱并揭示长寿命二能级系统，发现其导致非马尔可夫效应，为容错量子计算提供障碍识别与规避方法。
2026-09-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Revealing spin-flip two-level systems using ultra-thin film superconducting resonators
本研究利用超薄TiN超导谐振器揭示了低磁场下反常的二能级系统行为，提出自旋翻转TLS模型，通过自旋轨道耦合机制定量解释频率-磁场关系及温度依赖性，为磁性调控固态量子器件噪声与损耗提供新途径。
2024-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anomalous Loss Reduction Below Two-Level System Saturation in Aluminum Superconducting Resonators
本文研究铝制超导谐振器在低温低功率下损耗随温度降低而反常减小的现象，将其归因于离散两能级系统响应带宽小于失谐量，并提出结合离散TLS系综与广义隧穿模型的模型以解释损耗的温度和功率依赖。
2023-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dynamical decoupling of superconducting qubits
我们表明，通过一个固定的横向耦合相互作用的两个超导量子比特可以通过适当设计的微波场激发施加到每个量子比特去耦。这种技术对于消除量子处理器中虚假相互作用的影响很有用。我们还模拟了量子位耦合到量子位的约瑟夫森结的绝缘层中存在的二能级系统（TLS）的情况。最后，我们在色散测量的背景下讨论了量子比特TLS问题，其中量子比特耦合到谐振器。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Identification of different types of high-frequency defects in superconducting qubits
寄生二能级系统缺陷是限制超导量子比特相干时间的主要因素之一。虽然在表征TLS缺陷的基本参数方面已经取得了重大进展，但由于缺乏能够探测量子位-缺陷耦合形式的实验技术，量子位与各种类型的TLS缺陷之间相互作用的确切机制在很大程度上仍未被探索。在这里，我们提出了一种使用强量子位驱动的TLS缺陷光谱的实验方法，该方法使我们能够区分各种类型的量子位-缺陷相互作用。通过将这种方法应用于电容分流通量量子比特，我们检测到一种罕见的TLS缺陷，由于临界电流波动引起的非线性量子比特-缺陷耦合，以及由电荷波动引起的与量子比特线性耦合的传统TLS缺陷。该方法可以成为超导量子位制作中高频缺陷检测和质量控制的常规方法，为制作工艺优化提供必要的反馈。报道的方法是一个强大的工具，以唯一地识别由TLS缺陷引起的噪声波动的类型，使现实的噪声模型相关的噪声中尺度量子（NISQ）计算和容错量子控制的发展。
2022-11-24 quant-ph
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
In-situ scanning gate imaging of individual two-level material defects in live superconducting quantum circuits
本文利用毫开尔文温度下的扫描门显微镜在活体超导量子电路中定位单个二能级系统缺陷，揭示其微观性质及电偶极矩三维取向，为理解其化学起源和缓解策略提供指导。
2024-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Observation of discrete charge states of a coherent two-level system in a superconducting qubit
本文在超导transmon量子比特中观测到相干两能级系统的离散电荷态，测得其偏移电荷为0.072e、弛豫时间超3 ms，并量化了TLS与量子比特的横向和纵向耦合，揭示微波频率TLS是低频电荷噪声来源。
2024-03-18 quant-ph
Broadband and high-precision two-level system loss measurement using superconducting multi-wave resonators
AWS Center for Quantum Computing（亚马逊量子计算中心）
本研究提出一种多波谐振腔，通过扩展谐振腔长度以提高测量精度，实现双能级系统损耗的高精度测量。
2025-06-09 quant-ph
Two-level systems in superconducting quantum devices due to trapped quasiparticles
实现大规模超导量子线路的一个主要问题是与界面二能级系统缺陷（TLS）的相互作用，其导致量子比特弛豫并阻碍量子比特在一定频率范围内的操作，该频率范围也随时间漂移。另一个主要的挑战来自非平衡准粒子（QP），导致量子位失相和弛豫。在这项工作中，我们表明，这样的QP也可以作为TLS的源。使用频谱和时间映射的TLS引起的波动频率可调谐振器，我们确定了一个子集的一般TLS人口是高度相干的TLS与低重构温度$\sim$ 300 mK，和非均匀的状态密度。这些性质可以理解，如果这些TLS形成的量子点被困在浅的亚隙态形成的超导序参量$Δ$的空间波动。对这种TLS的磁场测量揭示了它与超导性的联系。我们的研究结果表明，捕获的量子点可以诱导量子位弛豫。
2020-04-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Interacting Defects Generate Stochastic Fluctuations in Superconducting Qubits
四十多年来，非晶介电材料已经被认为是二能级系统（TLS）的宿主。超导谐振器和量子比特的最新发展使得对TLS物理的详细研究成为可能。特别是，测量长时间（几天）内设备的损耗使我们能够研究由于TLS之间的相互作用而引起的随机波动。我们测量了频率可调谐平面超导量子比特的能量弛豫时间随时间和频率的变化。实验显示了各种随机模式，我们能够通过广泛的模拟来解释。在我们的模拟中使用的模型假设一个量子比特与高频TLS相互作用，而高频TLS又与热激活的低频TLS相互作用。我们的模拟结果与实验结果相吻合，表明低频TLS的密度比高频TLS的密度大三个数量级。
2021-06-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Long-lived memory effects in the defect bath of superconducting qubits
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Department of Computer Science, Royal Holloway, University of London（伦敦大学皇家霍洛威学院计算机科学系）
本研究通过电场调控超导Transmon量子比特的TLS缺陷，观测到秒级长时记忆效应，揭示其源于TLS与极化电荷涨落器耦合，相关信息可用于改进量子比特稳定化及纠错协议。
2026-08-12 quant-ph
Intermodulation spectroscopy and the nonlinear response of two-level systems in superconducting coplanar waveguide resonators
本文提出互调光谱学方法，通过双音驱动与多频锁相测量超导谐振器中的频率混频，高效表征TLS非线性损耗，并恢复与标准隧穿模型一致的非线性参数。
2024-02-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Two-tone spectroscopy for the detection of two-level systems in superconducting qubits
提出一种仅需微波驱动和色散读出的双音谱学新方法，可检测固定频率超导量子比特中的二能级系统并估算其参数。
2024-04-22 quant-ph
Mapping the positions of Two-Level-Systems on the surface of a superconducting transmon qubit
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Google Research（谷歌研究）
本文提出了一种方法，用于在超导transmon量子比特表面确定TLS的位置，揭示其主要分布在约瑟夫森结电极附近，为改进量子比特设计提供指导。
2026-03-03 cond-mat.supr-con quant-ph
Non-Local and Non-Markovian Effects of a Microscopic Two-Level Defect in Superconducting Quantum Circuits
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Science（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过可调耦合器实现与两个空间分离超导量子比特耦合的相干二能级系统，揭示了非马尔可夫退相干噪声和缺陷诱导的关联量子比特动力学。
2026-05-27 quant-ph
Accelerated characterization of two-level systems in superconducting qubits via machine learning
本文提出用卷积神经网络从双音光谱图像中同时提取超导量子比特两能级系统的频率、耦合强度、耗散时间和纯退相时间，性能优于微扰理论，且经噪声数据重训练后可在噪声条件下保持高精度。
2025-09-22 cond-mat.dis-nn quant-ph
High-Temporal-Resolution Measurements of the Impacts of Ionizing Radiation on Superconducting Qubits
Northrop Grumman（诺斯罗普·格鲁曼公司）
本研究通过高时间分辨率测量发现，离子辐射对超导量子比特的影响可能源于准粒子密度变化，而非TLS混乱事件。
2026-02-26 quant-ph
Energy relaxation via quantum thermalization: A superconducting qubit coupled to an interacting many-body two-level system
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
研究通过量子热化建模超导量子比特与多体TLS系统的能量弛豫，发现热化抑制了量子比特与TLS间的相干能量交换，导致指数衰减，弛豫时间与耦合强度平方成反比。
2026-08-21 quant-ph
Two-Level System Spectroscopy from Correlated Multilevel Relaxation in Superconducting Qubits
Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本研究提出了一种无需调节传输门频率的TLS光谱学方法，通过多级弛豫揭示TLSs的频率漂移。
2026-02-11 quant-ph
Localization and reduction of superconducting quantum coherent circuit losses
利用超导微波电路可以实现量子传感和量子计算。量子位是具有非线性约瑟夫森结的电容器和电感器的工程量子系统。他们在单激发量子制度，光子$27 μ$ eV在6.5 GHz。量子相干性从根本上受到材料缺陷的限制，特别是在电路界面处的非晶晶体中的原子尺度寄生二能级系统（TLS）。[1]驱动量子线路中振荡电荷的电场共振耦合到TLS，产生相位噪声和耗散。我们使用共面硅基超导共振器来探测量子线路中的退相干。通过选择性地修改界面氧化物，我们发现，大多数TLS损失来自硅表面氧化物，和大多数非TLS损失分布在整个铌表面氧化物。通过制造后的界面修改，我们将TLS损耗降低了85%，非TLS损耗降低了72%，获得了超过500万的单光子谐振器品质因数，并接近非TLS损耗占主导地位的状态。[1]Müller，C.，科尔，J.H.和Lisenfeld，J. Towards understanding two-level-systems in非晶态固体：insights from量子线路.代表计划物理82，124501（2019）
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A Controllable Interaction between Two-Level Systems inside a Josephson Junction
在超导相位量子比特的光谱测量中，约瑟夫森结隧道势垒中的二能级系统涨落（TLS）最近被证明会引起新的能量分裂。由于它们与约瑟夫森结的强耦合和相对较长的退相干时间，TLS可以被认为是潜在的量子比特，并表现出相干的量子效应。在这里，我们研究了TLS量子比特之间的有效相互作用，介导的约瑟夫森结谐振器由外部微波源驱动。这种有效的相互作用可以实现TLS之间的受控量子逻辑门。我们的研究可以推广到其他与TLS耦合的超导谐振器。
2009-03-23 quant-ph
Lattice-Renormalized Tunneling Models for Superconducting Qubit Materials
Northwestern University（西北大学）
本文提出晶格重整化隧道模型，用于准确计算超导量子比特材料中的隧道分裂和激发光谱，并揭示了TLS与声子的非谐耦合。
2026-03-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Low loss superconducting resonators enabled by aluminum microstructural engineering and dielectric trimming
King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；National Company of Telecommunications and Information Security（国家电信与信息安全公司）
研究超导电路材料损耗问题，通过铝微结构工程及介质微调，包括沉积加热与两步蚀刻技术，减轻两种损耗机制，使铝谐振器品质因数大幅提升，为超导量子器件性能提升提供途径。
2026-07-29 quant-ph
Determining interface dielectric losses in superconducting coplanar waveguide resonators
超导量子计算架构包括谐振器和量子位，其经历由于体和界面双能级系统（TLS）引起的能量损失。了解这些损耗对于提高超导电路的性能至关重要。在这项工作中，我们提出了一种方法来量化的TLS损耗不同的体和界面的超导共面波导（CPW）谐振器中存在的。通过结合统计特性的各向同性蚀刻的硅衬底上的专门设计的CPW谐振器组详细的电磁建模，我们确定单独的损耗贡献从个别材料接口和散装的。这种分析界面TLS损耗的技术可用于指导量子位、谐振器及其超导制造工艺的有针对性的改进。
2018-08-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Time-Domain Detection of Weakly Coupled TLS Fluctuators in Phase Qubits
报道了一种检测超导量子比特中弱耦合寄生二能级系统涨落的方法。该方法比用于定位TLS的标准光谱技术更灵敏，数据采集时间减少。
2010-04-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Scalable and Site-Specific Frequency Tuning of Two-Level System Defects in Superconducting Qubit Arrays
本文提出一种可扩展架构，通过单控制线实现TLS频率原位调谐与单比特控制，有效改善超导量子比特相干时间和门保真度，抑制TLS诱导的性能异常。
2025-03-06 quant-ph
Dielectric loss extraction for superconducting microwave resonators
介电材料和界面中的二能级损耗是超导量子线路材料研究的前沿。我们展示了一种方法的TLS损耗提取的薄膜介质通过测量集总元件谐振器制成的超导体-介质-超导体三层。我们提取的介电损耗，制定一个电路模型的集总元件谐振器与TLS损耗，然后拟合到这个模型使用测量从一组三个谐振器的设计：共面波导谐振器，集总元件谐振器与叉指电容器，和集总元件谐振器与平行板电容器，包括感兴趣的介电薄膜。与其他方法不同，这允许精确测量TLS损耗低于$10^{-6}$的材料。我们证明了这种方法，通过提取TLS损失的$1.02 \times 10^{-3}$溅射$\mathrm{Al_2O_3}$使用一组从$\mathrm{Al/Al_2O_3/Al}$三层制作的样品。我们观察到的差异11 $\%$之间的提取损失的三层与不实施这种方法。
2020-05-02 physics.app-ph quant-ph
Quantum Sensors for Microscopic Tunneling Systems
玻璃的异常低温特性来自于固有的可激发实体，即所谓的隧穿两级系统（TLS），其微观性质几十年来一直困扰着固态物理学家。TLS对于诸如超导量子比特之类的微制造量子设备变得特别重要，因为它们是退相干的主要来源。在这里，我们提出了一种方法来表征个人TLS在几乎任意的材料作为薄膜沉积。该材料被用作电容器中的电介质，该电容器分流超导量子位的约瑟夫森结。在这样的混合量子系统中，量子比特充当检测和控制单个TLS的接口。我们演示了TLS共振的光谱测量，评估它们与外加应变和直流电场的耦合，并找到了样品材料中相干TLS之间强相互作用的证据。我们的方法为量子材料光谱学开辟了途径，以研究隧道缺陷的结构，并开发出超导量子计算机发展所迫切需要的低损耗超导体。
2020-11-29 physics.ins-det quant-ph
Loss tangent fluctuations due to two-level systems in superconducting microwave resonators
本研究探究超导微波谐振器中内品质因子在低功率下的长时间大幅波动，归因于两级系统损耗正切变化，并推测该波动同样影响超导量子比特。
2025-03-26 quant-ph
Sub-MHz SWAP spectroscopy of two-level systems in superconducting qubits
Amazon Center for Quantum Computing（亚马逊量子计算中心）；Institute for Quantum Information and Matter, California Institute of Technology（加州理工学院量子信息与物质研究所）；Thomas J. Watson, Sr., Laboratory of Applied Physics, California Institute of Technology（加州理工学院托马斯·J·沃森Sr.应用物理实验室）
针对超导量子电路中TLS损耗问题，本文提出一种仅在态制备和读出阶段使用快速磁通脉冲的序列，实现了0.1 MHz低交换速率下的拉比Chevron图样探测，揭示了此前被认为非相干的TLS的相干特性，其交换相干时间受缀饰能隙保护。
2026-10-09 quant-ph
Decoherence benchmarking of superconducting qubits
我们对超导量子比特的退相干进行了基准测试，以研究能量弛豫和退相的时间稳定性。通过在跨越多天的测量期间收集统计数据，我们发现平均参数$\overline{T_{1}}$ = 49 $μ$ s和$\overline{T_{2}^{*}}$ = 95 $μ$ s，然而，这两个量波动，解释了在量子位设置中频繁重新校准的需要。我们的主要发现是，量子位弛豫的波动是局部的量子位，是由近共振二能级系统（TLS）的不稳定性引起的。通过统计分析，我们确定了这些TLS的开关速率，并观察到单个TLS和transmon量子比特之间的相干耦合。最后，我们发现量子比特的频率稳定性受到电容噪声的限制。重要的是，这对我们也观察到的纯失相产生了0.8 ms的限制。总的来说，这些发现提出了执行量子位计量以检查量子位参数的再现性的需要，其中这些波动可能影响量子位门保真度。
2019-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Strain-spectroscopy of strongly interacting defects in superconducting qubits
一些微制造的新型量子器件（如超导谐振器和量子比特）的正常功能受到被称为隧穿两能级系统（TLS）的寄生结构材料缺陷的严重影响。最近的实验报告了明确的证据，个别（相干）TLS之间的强相互作用使用应变辅助光谱。这项工作提供了一个替代和简单的理论见解，说明如何获得这种强烈的相互作用的缺陷内的量子位的约瑟夫森结的非晶隧道势垒的光谱响应。此外，在这里获得的相应的光谱特征可以用于快速，有效地阐明这些相互作用的TLS在实验中的应变或电场光谱的基础上的实际状态。
2021-11-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Power attenuation in millimeter-wave and terahertz superconducting rectangular waveguides: linear response, TLS loss, and Higgs-mode nonlinearity
High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构）；The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai)（高级研究院）
本研究通过建立超导波导功率衰减分析框架，揭示了TLS损耗和Higgs模非线性对毫米波和太赫兹波段衰减的影响，发现低温下TLS损耗显著并产生Higgs模峰值。
2026-02-19 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.ins-det
Experimentally revealing anomalously large dipoles in a quantum-circuit dielectric
玻璃固有的量子二能级系统（TLS）在许多现代量子器件（如超导量子比特）中引起退相干。虽然这些TLS的低温物理通常可以用独立TLS的唯象标准隧穿模型很好地解释，但这些TLS的性质以及它们在1 K以上的高能量下的平衡行为仍然没有定论。在这里，我们使用超导谐振器测量非平衡介质损耗的TLS在非晶硅，其中的能量的TLS随时间变化，使用扫频电场。我们的结果表明，存在两个不同的合奏的TLS，弱和强相互作用的声子，后者也具有极大的电偶极矩。这些结果可能为研究非晶态固体的低温特性提供新的思路，并对利用时变电场的量子器件的实验和应用具有重要意义。
2022-07-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Quantum two-level systems in Josephson junctions as naturally formed qubits
自然存在于约瑟夫森结中的二能级系统是超导相位量子比特运行的主要障碍。由于这些TLS可以具有非常长的退相干时间，我们表明，这样的TLS本身可以被用作量子比特，允许一个良好的控制初始化，通用的量子门集，和读出。因此，单个电流偏置的约瑟夫森结（CBJJ）可以被视为多量子位寄存器。它可以耦合到其他CBJJ，以允许将量子门应用于系统中的任意一对量子位。我们的结果为实现超导量子信息处理提供了一种新的途径。
2006-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dynamical Decoupling of Quantum Two-Level Systems by Coherent Multiple Landau-Zener Transitions
提高和稳定超导量子线路和谐振器的相干性对于从量子信息处理器到天体物理学中低温辐射的高灵敏度探测器的各种技术都至关重要。这种设备中的噪声的主要来源是量子二能级系统（TLS）的浴具有广泛的能量分布，存在于无序的晶体和表面上。在这里，我们研究了超导谐振器的介电损耗的存在下，一个周期性的电偏置场，扫描近谐振的TLS的谐振器和谐振，导致在一个周期性的模式的朗道-齐纳过渡。我们表明，在高扫描速率相比，TLS的弛豫速率，在多个过渡的TLS的相干演化产生了显着减少的介电损耗相对于本征值。这种行为在经典的高功率机制和量子单光子机制中都有观察到，这可能表明了一种可行的技术，可以动态地将TLS与量子位解耦。
2019-10-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing the memory of a superconducting qubit environment
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Stuttgart University（斯图加特大学）
研究通过分析非泊松量子跃迁轨迹，揭示超导量子比特与长寿命TLSs的耦合机制，提供理解其微观起源的方法。
2026-03-12 quant-ph
Optimizing CMOS-compatible, superconducting titanium nitride resonators: Deposition conditions and structuring processes
Fraunhofer Institute for Electronic Microsystems and Solid State Technologies EMFT（弗劳恩霍夫电子微系统和固态技术研究所）；Center Integrated Sensor Systems (SENS), Universität der Bundeswehr München（联邦国防军慕尼黑大学集成传感器系统中心）；Technical University of Munich, TUM School of Computation, Information and Technology, Department of Electrical Engineering（慕尼黑工业大学计算、信息技术与电气工程学院）
通过优化沉积和蚀刻工艺，实现了低至$9.67 \times 10^{-7}$的TLS损耗，为CMOS兼容的超导TiN谐振器提供了低损耗制造方案。
2026-07-17 quant-ph
Cryogenic microwave loss in epitaxial Al/GaAs/Al trilayers for superconducting circuits
外延生长的超导体/电介质/超导体三层具有形成高性能超导量子器件的潜力，并且甚至可以允许具有低表面积量子比特（诸如合并元件transmon）的可扩展的超导量子计算。在这项工作中，我们测量的功率无关的损耗和两级状态（TLS）的损耗外延，晶片键合，和基板去除铝/砷化镓/铝三层通过测量集总元件超导微波谐振器在毫开尔文温度和下降到单光子功率。器件的功率无关损耗为$(4.8 \pm 0.1) \times 10^{-5}$，谐振器诱导的本征TLS损耗为$(6.4 \pm 0.2) \times 10^{-5}$。介电损耗提取用于确定$7.2 \times 10^{-5}$三层的本征TLS损耗的下限。不寻常的高功率无关损耗归因于GaAs的固有压电性。
2021-08-30 physics.app-ph quant-ph
Effective quantum dynamics induced by a driven two-level-system bath
我们推导了一个Born-Markov主方程，描述了一个有损耗但相干驱动的二能级系统（TLS）通过Jaynes-Cummings相互作用耦合到玻色子系统的浴诱导的耗散。我们解析推导出所有的主方程速率。我们的特点，这些利率的特定情况下，耦合到相同的TLS的单模系统。我们研究了该系统的稳态和它的奇异性源于非热稳态的驱动TLS浴。这些性质包括耗散放大，浴诱导的线性不稳定性，相干和耗散压缩。主方程对任意强TLS驱动都是有效的，并且它可以推广到包括多能级系统或其他系统-浴相互作用项等。我们的工作提供了一种工具来研究和表征TLS诱导的退相干，这是基于例如超导电路，磁振子系统或量子声学的量子技术设备中的关键限制因素。
2021-06-01 cond-mat.mes-hall 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
Quantum Dynamics of a Microwave Driven Superconducting Phase Qubit Coupled to a Two-Level System
我们提出了一个分析和全面的描述耦合到一个微观两能级系统（TLS）的微波共振驱动超导相位量子比特的量子动力学，涵盖了广泛的外部微波场强度。我们的模型预测了几个有趣的现象，在这样一个交流驱动的四能级二分系统，包括反常拉比振荡，高对比度拍拉比振荡，和非凡的双光子跃迁。我们在耦合量子位TLS系统中的实验结果与理论模型的预测在定量上非常一致。
2010-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.atom-ph
Two-level system hyperpolarization using a quantum Szilard engine
本研究针对超导量子电路受二能级系统环境影响相干性的问题，利用带主动反馈的量子西拉德引擎调控TLS环境的冷热，证实二者互为主要损耗机制，为提升量子比特寿命提供了思路。
2024-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantifying surface losses in superconducting aluminum microwave resonators
Princeton University（普林斯顿大学）
研究通过测量铝谐振腔中表面双态系统对微波吸收的影响，发现表面损耗主要由2.7nm厚的本征AlOx层引起，HF处理可去除氧化层但易导致快速氧化再生，影响器件稳定性。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Modelling non-Markovian noise in driven superconducting qubits
本研究开发了利用镜像伪恒等式的门序列来表征超导量子比特中的非马尔可夫噪声，并比较了三种模型，发现基于量子比特-TLS相互作用的模型能紧密捕捉实验行为，且相位误差随脉冲幅度二次方变化，适用于量子误差缓解与校正。
2023-06-22 quant-ph
Power and temperature dependent model for High Q superconductors
提出功率与温度依赖的双温度模型，同时分离超导谐振器中的TLS和非平衡准粒子损耗，并据此解释Al与TiN高Q器件的低温实验行为。
2025-03-03 quant-ph
Landau-Zener population control and dipole measurement of a two level system bath
超导二能级系统（TLS）是超导体中的一个重要组成部分，近年来，人们对它进行了深入的研究。根据Burin \textit{et al.}的最新理论，如果暴露于同时场，则任何非晶电介质的TLS浴经历朗道-齐纳跃迁的分布。在这个实验中，我们使用超导谐振器测量毫开尔文温度下的非晶绝缘膜，使用微波场和扫频电场偏置。我们发现，微波光子的最大介电损耗与同时场近似相同的平衡态，在一般的材料理论。此外，我们发现，损失取决于字段的方式，允许单独提取的TLS浴偶极矩和态密度。这种方法允许在一组不同的无序薄膜的TLS偶极矩的研究，并提供了一种技术，连续反转其人口。
2014-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Disentangling Losses in Tantalum Superconducting Circuits
本研究通过系统测量钽超导谐振器，分离了限制量子比特性能的损耗来源，发现表面和体相二能级系统共同主导损耗，化学处理可改变表面TLS，并测得内部品质因数达5-15×10^6，指出需同时改进材料表面与体相以提升相干性。
2023-01-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Thermal cycling -- evidence for a generalized tunneling model and a tool to distinguish noise sources in quantum circuits
本文通过蒙特卡洛模拟证明热循环引起的TLS激发能显著变化无法由标准隧穿模型解释，而可由含赝能隙强应变相互作用TLS的Two-TLS模型解释，并提出热循环可作为区分量子电路中TLS噪声与其他噪声源的独特协议。
2025-07-18 cond-mat.dis-nn quant-ph
Annealing reduces Si$_3$N$_4$ microwave-frequency dielectric loss in superconducting resonators
本研究通过超导谐振器测量发现，退火可显著降低Si$_3$N$_4$的微波介电损耗，修复功率诱导损耗，并将弛豫型阻尼降低两个数量级以上，归因于氢杂质浓度的减少。
2024-05-16 quant-ph
Dynamics of superconducting qubit relaxation times
超导量子比特是量子计算的主要候选者，但在其能量弛豫时间T1中显示时间波动。这在多量子位器件性能中引入了不稳定性。此外，这些时间波动的自相关性为获得用于工艺优化和器件筛选的T1的代表性测量带来了挑战。这些T1波动通常归因于量子位与缺陷的时变耦合，即假定的二能级系统（TLS）。在这项工作中，我们开发了一种技术来探测的光谱和时间动力学的T1在单结transmons的重复T1测量的频率附近的裸量子位跃迁，通过AC斯塔克效应。在10个量子比特中，我们观察到大约9个月的平均T1与斯塔克频移范围内的平均T1快照之间存在很强的相关性。这些观察结果表明，TLS主导T1的遍历性光谱扩散，并提供了一个有前途的路径，更快速的T1表征设备筛选和工艺优化。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Microwave characterization of tantalum superconducting resonators on silicon substrate with niobium buffer layer
该研究通过在硅衬底上沉积铌缓冲层，实现了α-Ta薄膜的选择性生长，显著提升了共面波导谐振器的内部品质因数至接近2×10^7，并识别出TLS损耗主要源于衬底清洗产生的非晶硅层，为超导量子电子学提供了低损耗薄膜方案。
2024-03-16 physics.app-ph quant-ph
