Parity measurement in the strong dispersive regime of circuit quantum acoustodynamics
机械谐振器正在成为量子科学和技术的重要新平台。大量的关于使用它们来存储、处理和存储量子信息的提议推动了在量子领域中控制机械运动的日益复杂的技术的发展。电路量子声动力学（cQAD）通过将机械谐振器与超导电路相连接，可以为操纵和测量运动量子态提供多种重要工具。在这里，我们展示了非经典力学态的声子数分布和宇称的直接测量。我们通过在强色散区操作我们的系统来做到这一点，其中超导量子位可以用于光谱解析声子Fock态。这些测量是构建声学量子存储器和处理器的一些基本构建块。此外，我们的研究结果打开了大门，执行更复杂的量子算法使用机械系统，如量子纠错和多模操作。
2021-10-01 quant-ph
Quantum State Engineering with Circuit Electromechanical Three-Body Interactions
我们提出了一个混合系统与光子，声子和量子比特激发之间的量子力学三体相互作用。这些相互作用发生在电路量子电动力学架构中，超导微波谐振器耦合到transmon量子比特，其分流电容可以自由地机械振荡。我们表明，该系统的设计特点是一个三模极化激元-机械模式和非线性transmon-机械模式的相互作用在强耦合制度。再加上强共振腔-transmon相互作用，这些性质提供了有趣的机会操纵这个混合量子系统。特别是，我们展示了将机械运动冷却到其基态的可行性，并制备了各种非经典态，包括机械Fock态和猫态以及混合三方纠缠态。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
New Directions in Quantum Music: concepts for a quantum keyboard and the sound of the Ising model
我们探索的想法，产生的声音，并最终通过使用量子设备在NISQ时代使用量子线路的音乐。特别是，我们首先考虑一个“qeyboard”的概念，即量子键盘，其中使用时间演化量子线路的期望值的实时行为可以与声音特征如强度，频率和音调相关联。然后，我们将以伊辛模型为例，研究如何从物理量子系统中提取这些性质。这可以通过测量系统的量子态的物理量来实现，例如经由变分量子模拟技术获得的能量和磁化。
2022-04-01 quant-ph
Compact superconducting vacuum-gap capacitors with low microwave loss and high mechanical coherence for scalable quantum circuits
本文提出可扩展的超导真空间隙电容器制造工艺，实现约150 nm间隙、低微波损耗与超高相干机械模式，并验证基态冷却、运动压缩及拓扑晶格等量子光机械应用。
2025-05-15 physics.app-ph quant-ph
Extended quantum circuit diagrams
本文提出基于指数映射的扩展量子电路图表示方法，给出可靠的重写规则，并通过多种示例计算展示其图形化计算能力。
2024-10-03 quant-ph
Quantum-enhanced accelerometry with a non-linear electromechanical circuit
已知的是，将机械振荡器置于相干态的叠加中在理论上允许测量线性力，该线性力的灵敏度随着机械振荡的振幅而增加，这是独特的量子效应。此外，跨$n$机械振荡器的网络的这些状态的纠缠版本使得灵敏度随着$n$线性增加的测量成为可能，从而通过$\sqrt{n}$改进经典缩放。利用这种效应的关键挑战之一是处理信号，使其易于测量;线性处理是不够的。在这里，我们证明了克尔振荡器不仅会产生必要的状态，而且还会执行所需的处理，将力信号印记的量子相位转换为零差检测可测量的振幅偏移。这使我们能够设计一个相对简单的量子机电电路，可以证明核心量子效应在这个计划的心脏，幅度依赖力的灵敏度。我们推导出电路性能的解析表达式，包括热机械噪声和光子损耗。我们讨论了在实施该计划与近期技术的实验挑战。
2016-12-21 quant-ph
Tunable coupling to a mechanical oscillator circuit using a coherent feedback network
我们展示了一个完全低温微波反馈网络组成的模块化超导设备连接的传输线，并设计用于控制耦合到设备之一的机械振荡器。该网络具有机电设备和可调控制器，可相干接收，处理和反馈连续微波信号，修改力学状态的动态和读数。虽然先前的机电系统代表了机械状态的有效控制和有效读出之间的某种折衷，如由电磁衰减速率所设置的，但可调谐控制器产生闭环网络，该闭环网络可以在两个极端之间动态地且连续地调谐，比机械响应时间快得多。我们证明，微波衰减率可以调制至少10倍的速率大于$10^4$倍的机械响应速率。该系统很容易构建，并表明一些有用的功能可能在模块化量子电磁设备的网络级别上最自然地出现。
2013-06-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Energy Down Conversion between Classical Electromagnetic Fields via a Quantum Mechanical SQUID Ring
我们考虑量子力学SQUID环与经典谐振器（平行的$LC$储能电路）的相互作用。在我们的模型中，我们假设环的演化保持其量子力学性质，即使它所耦合的电路是经典的。我们表明，当SQUID环是由一个经典的单色微波源驱动，能量可以在这个输入和槽路之间转移，即使当它们之间的频率比是非常大的。基本上，这些计算处理一个单一的宏观量子对象（SQUID环）和一个经典的电路测量设备之间的耦合，其中适当考虑的非微扰行为的环和伴随的非线性相互作用的环与这个设备。
2005-05-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum transducer in circuit optomechanics
机械谐振器是一种具有巨大潜力的宏观量子物体。它们耦合到许多不同的量子系统，如自旋、光子、冷原子和玻色-爱因斯坦凝聚体。然而，由于量子体系中的微小运动，测量和操纵声子态是困难的。另一方面，微波谐振器是强大的量子器件，因为任意的光子态可以合成和测量与量子层析成像。我们发现，一个线性耦合，强大的和控制的门电压，机械和微波谐振器之间，使创建量子声子态，操纵声子和光子之间的混合纠缠，并产生两个机械振荡器之间的纠缠。在电路量子光力学中，机械谐振器充当辅助量子系统和微波谐振器之间的量子换能器，微波谐振器用作量子总线。
2012-01-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stationary quantum entanglement between a massive mechanical membrane and a low frequency LC circuit
我们研究了一个系统中的机电纠缠，其中一个巨大的膜是电容耦合到{ \it低频} LC谐振器。在光-和电-力学中，兆赫（MHz）机械谐振器和千兆赫（GHz）微波LC谐振器之间的纠缠已经被广泛和充分地探索，并且最近实验证明。通常，耦合是通过类似辐射压力的相互作用来实现的，并且通过采用适当的微波驱动来产生纠缠。然而，通过这种方法，在机械振荡器和LC振荡器都是低频的情况下如何产生纠缠并不明显，例如，大约1 MHz。在这里，我们提供了一种有效的方法来纠缠两个低频谐振器进一步耦合膜的光学腔。该腔由红色失谐激光器强烈驱动，依次冷却机械和电模式，这导致在实验可达到的温度下的静态机电纠缠。纠缠直接源于机电耦合本身，并且由于其量子性质，将允许在比目前可能的更宏观的尺度上测试量子理论。
2020-06-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Generalised Bit-Vector Abstractions for Formal Verification of Quantum Error-Detection and Entanglement Circuits over {H,X,C-NOT}: CSS Constructions, Soundness, and Mutation-Based Validation
本文扩展了位向量抽象验证框架，支持CSS码、高距离表面码及大规模GHZ电路，证明可靠性并验证622个突变体，显著提升量子电路验证的规模与效率。
2026-10-06 cs.ET cs.LO quant-ph
Fast feedback control of mechanical motion using circuit optomechanics
本文在电路光机电系统中实现基于测量的机械振子反馈冷却，将热噪声降至3个量子，并在无反馈时不稳定的蓝光力学边带泵浦条件下实现显著冷却。
2022-11-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving photon blockade, entanglement and mechanical-cat-state generation in a generalized cross-Kerr optomechanical circuit
University of Isfahan（伊斯法罕大学）；Iranian Center for Quantum Technologies（伊朗量子技术中心）
该研究提出了一种改进广义交叉凯尔光学机械电路的方案，通过引入非线性耦合增强光子阻塞、纠缠和机械猫态生成，适用于量子传感与通信。
2023-12-11 quant-ph
One rig to control them all
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Southern Denmark（南丹麦大学）
本文提出一种方法，通过在电路理论中显式加入控制概念，实现对可逆布尔电路和量子电路中控制的精确描述，简化了现有公理化体系并提供了新的通用框架。
2026-05-01 cs.LO math.CT quant-ph
Quantum circuits for solving one-dimensional Schrödinger equations
我们构造了求解一维薛定谔方程的量子线路。对三个典型实例进行了仿真，谐振子、方势阱和库仑势的计算结果表明，用8个量子比特可以得到合理的结果。我们的模拟表明，简单的量子线路可以解决标准的量子力学问题。
2009-07-20 quant-ph
Topological lattices realized in superconducting circuit optomechanics
腔光学力学能够通过辐射压力相互作用控制机械运动，并有助于工程机械系统的量子控制，从kg级LIGO反射镜到纳米机械系统，实现基态制备，纠缠，机械物体的挤压，在标准量子极限和量子转换的位置测量。然而，几乎所有的现有方案都采用单模或少模光学机械系统。相比之下，新的动力学和应用时，预期利用光机械晶格，这使得能够合成非平凡的能带结构，并已在电路QED领域的积极研究。超导微波光机电路是实现这种晶格的一个有前途的平台，但受到严格的缩放限制。在这里，我们克服了这一挑战，并证明拓扑微波模式在1D电路光机链实现苏-施里弗-海格尔（SSH）模型。此外，我们实现了应变石墨烯模型在二维光机械蜂窝晶格。利用嵌入式光机相互作用，我们表明，它是可以直接测量的模式函数的杂交模式，而不使用任何本地探针。这使我们能够重建完整的基础晶格哈密顿量，并直接测量现有的剩余无序。这种光机晶格，伴随着测量技术的介绍，提供了一个途径，探索集体，量子多体，淬火动力学，拓扑性质，更广泛地说，新兴的非线性动力学在复杂的光机系统与大量的自由度。（关键词：量子光学力学，超导电路机电）
2022-08-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Generalized nonreciprocity in an optomechanical circuit via synthetic magnetism and reservoir engineering
合成磁性已被用于控制电荷中性激发的应用范围从经典的光束转向量子模拟。在光力学中，辐射压力诱导的光学（光子）和机械（声子）激发之间的参数耦合可以用来打破时间反演对称性，为合成磁性提供先决条件。在这里，我们设计和制作了一个硅光机械电路与两个光机械腔之间的光学和机械连接。用相位相关的激光驱动两个腔导致合成的磁通量，其与机械浴的耗散耦合相结合，导致具有35 dB隔离的光子的非互易传输。此外，使用蓝色失谐光的光泵浦表现为光子和声子之间的粒子非守恒相互作用，导致在隔离器直通方向上的12dB的定向光放大。这些结果表明，利用光机械电路，以创建一个更一般的类的非互易光学器件的可行性，并进一步，使新的拓扑相位的光和声音的微芯片上。
2016-08-11 physics.optics quant-ph
Phononic Crystals in Superfluid Thin-Film Helium
本研究在硅纳米束光学谐振腔上自组装超流氦薄膜，利用硅的周期性图案化形成声子带隙，实现了对第三声模式的深亚波长级约束，为量子光力学中的强声子相互作用提供了新平台。
2024-02-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Maxwell's demon in superconducting circuits
本文概述了基于超导电路的量子力学麦克斯韦恶魔的第一个实验实现。这些实验的主要结果被召回，并放入上下文。我们强调超导电路研究量子热力学的多功能性。
2019-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering phonon-phonon interactions in multimode circuit quantum acousto-dynamics
近年来，在玻色子模的大希尔伯特空间中对量子信息进行编码和处理的研究取得了显著的进展。机械谐振器对于这个目的是非常感兴趣的，因为它们将许多高品质因数模式限制在小体积中，并且可以容易地与许多不同的量子系统集成。一个重要但具有挑战性的任务是在不同的机械模式之间创建直接的相互作用。在这里，我们展示了一个现场可调分束器类型的高泛音体声波谐振器的几个机械模式之间的相互作用。工程相互作用介导的参数驱动的超导transmon量子比特，我们表明，它可以定制耦合对或三重态的声子模式。此外，我们利用这种相互作用来证明声子之间的Hong-Ou-Mandel效应。我们的结果为声子系统作为量子存储器和量子模拟平台奠定了基础。
2023-03-01 quant-ph
Fundamentals and Applications of Hybrid Electro- and Opto-mechanical system coupled to Superconducting Qubit: A Short Review
Indian Institute of Technology Guwahati（古瓦哈提印度理工学院）
综述探讨了超导量子比特与机械谐振子的耦合机制，分析了转子和电荷自由度的相互作用，并讨论了电-光-机械混合系统的扩展应用。
2026-10-08 quant-ph
LOv-Calculus: A Graphical Language for Linear Optical Quantum Circuits
我们介绍了洛夫演算，一个图形语言推理线性光学量子线路与所谓的真空状态辅助输入。我们提出了语言的公理，并证明了它的可靠性和完整性：两个LOv电路表示相同的量子过程，当且仅当一个可以转换成其他的LOv演算的规则。受Reck等人（1994）对线性光学量子线路的普适分解的启发，我们给出了一个汇合终止重写系统，将任何保偏LOv线路重写为唯一的三角正规形.
2022-04-25 cs.LO quant-ph
Loss Mechanisms in High-coherence Multimode Mechanical Resonators Coupled to Superconducting Circuits
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；University of Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）；University of Sao Paulo（圣保罗大学）
本研究揭示了高阶体声波谐振器在与超导电路耦合时因压电材料缺陷导致的相干损耗机制，并实现了接近毫秒的量子相干时间。
2026-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A Complete Equational Theory for Quantum Circuits
本文提出并证明了首个量子电路的完备等式理论，通过多受控门和线性光学编码，实现电路等价性的完备公理化。该理论为量子电路等价性验证提供了理论基础，是量子计算领域的重要进展。
2023-02-04 quant-ph
Effective optoelectrical entanglement and strong mechanical squeezing in a multi-modulated optoelectromechanical system
我们提出了在由宏观LC电路和光机系统组成的光机电系统中有效地产生纠缠态和压缩态。我们得到增强的纠缠之间的光学和LC电路模式耦合通过一个共同的机械模式在微波政权。我们通过在激光驱动、电压驱动和可动端镜的弹性常数中逐步应用调制来实现这种增强。观察到的最大量的纠缠主要取决于电压调制和略有变化的弹性常数的参数。除了产生的纠缠，我们还研究了不同参数制度的力学模式的最大压缩度的变化。
2021-11-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Fault Models for Quantum Mechanical Switching Networks
错误和故障之间的区别在于，与故障不同，错误可以使用控制代码进行纠正。在经典的测试和验证中，人们开发了一个测试集，将正确的电路与包含任何考虑的故障的电路分开。经典故障在逻辑层次上由作用于经典状态的故障模型来建模。被认为是连接到电源轨或接地的引线的卡住故障模型是最典型的考虑。一个经典的测试集完整的卡住故障模型传播两个二进制基本状态，0和1，通过网络中的所有节点，并被称为检测许多物理故障。一个经典的测试集完整的卡住故障模型允许所有的电路节点被完全测试，并验证许多门的功能。人们自然会问，是否可以采用任何已知的经典方法来测试量子线路。当然，经典故障模型并不能捕捉到量子线路中发现的所有逻辑故障。使用经典测试方法时面临的第一个障碍是开发一套现实的量子逻辑故障模型。开发故障模型，抽象的测试问题，从设备级激励我们的研究。建立了几个结果。首先，我们描述了量子线路的物理设计中存在的典型故障模式。从这一点上，我们开发故障模型的量子二进制电路，使测试在逻辑层面上。这些故障模型的应用程序所示的经典测试集生成技术被称为构建一个故障表生成量子测试集。使用这种方法开发的一个测试集，以检测每个所考虑的故障。
2010-01-19 quant-ph
Electric circuit model of microwave optomechanics
我们报告的通用经典电路建模，描述了标准的单音微波光学力学。基于一个并联RLC电路中的机械振荡器作为一个可移动的电容器，推导的解析表达式，包括关键功能，如反作用力，输入输出表达式，和相关的频谱密度，所有在经典的制度。当腔和机械振子的占有数都很大时，这些表达式与光力学中的标准量子处理相一致。此外，衍生的分析将光学元件和特性转换为电子术语，这对于定量测量和设计目的是强制性的。最后，标准量子处理和经典模型之间的直接比较解决了量子和经典制度之间的界限，突出了真正量子的特征，以及那些不是。
2020-10-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Cavity electromechanics with parametric mechanical driving
在过去的几年中，微波光机械电路已被证明是非常powerfool工具，探索宏观机械振荡器的基础物理，以及作为有前途的候选人，为新的芯片上的量子限制微波器件。在迄今为止的大多数实验中，机械振荡器要么被用作无源器件元件，其位移使用超导腔来检测，要么由腔内场来操纵。在这里，我们探讨了直接和参数化操纵腔机电系统的机械纳米梁谐振器的可能性，这为微波光机械设备的工具箱提供了额外的功能。除了使用腔作为干涉仪来检测参数调制的机械位移和压缩热机械运动，我们证明了纳米梁谐振频率的参数调制可以实现腔内微波光子的相敏参量放大器。与使用机电电路的许多其他微波放大方案相比，所提出的技术允许机械元件的同时冷却，这可能使这种类型的光机械微波放大器成为量子限制的。
2019-08-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Routed quantum circuits
我们认为，在最近的几个研究线的量子理论结构研究不能充分描述的标准框架内的量子线路。特别是当子系统的组合由希尔伯特空间的直和和张量积的非平凡混合描述时，情况更是如此。因此，我们提出了一个扩展的框架，量子线路，给出了\textit{routed linear maps}和\textit{routed quantum circuits}。我们证明，这个新的框架允许一个一致的和直观的图形表示电路图，适用于纯量子理论和混合量子理论，并在几种情况下，包括叠加的量子信道和因果分解的幺正。我们表明，我们的框架包括洛伦兹和巴雷特的“扩展电路图”[arXiv：2001.07774（2020）]，我们作为一个特例推导出来，赋予它们一个健全的语义。
2021-07-12 quant-ph
Integrable Quantum Circuits from the Star-Triangle Relation
本研究利用星三角关系，基于相互对易的双参数转移矩阵构建新型可积量子电路，推导出局域守恒荷，并给出Q态Potts与ℤ_Q两类电路示例及相关模型关联。
2023-10-26 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Verification of Recursively Defined Quantum Circuits
本文提出一个用于验证递归定义量子电路正确性的证明系统，并证明其可靠性与相对完备性，通过多个应用实例展示了其有效性。
2024-11-06 cs.LO cs.PL quant-ph
Decoherence of the flux-based superconducting qubit in an integrated circuit environment
超导的、基于磁通量的量子比特是构建大规模量子计算机的有希望的候选者。我们提出了一个明确的量子力学计算的相干行为的通量为基础的量子比特在嘈杂的实验环境中，如一个集成电路包含偏置和控制电子。我们表明，非热噪声源，如偏置电流波动和磁耦合到附近的主动控制电路，将导致退相干的基于磁通量的量子比特的时间尺度上的最近的实验相干时间测量。
2003-04-04 quant-ph
Sound and Efficient Certification of High-Quality Qubit Operations: Theory and Experiment
Hamburg University of Technology（汉堡工业大学）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；University of Mainz（美因茨大学）
本文提出一种基于少量固定序列的单量子比特门黑箱认证协议，在囚禁离子处理器上实验验证其对态制备和测量误差的鲁棒性，实现无需可信参考等条件的高效可靠量子门认证。
2026-08-19 quant-ph
A perspective on hybrid quantum opto- and electromechanical systems
本文展望了混合量子光机电系统的现状与未来，重点探讨机械模式基态冷却及其在量子电路、换能器和网络中的应用前景。
2020-07-07 quant-ph
ZH: A Complete Graphical Calculus for Quantum Computations Involving Classical Non-linearity
我们提出了一个新的图形演算，是健全的和完整的通用家庭的量子线路，它可以被看作是自然的弦图形扩展的近似（实值）的通用家庭的Hadamard+CCZ电路。图形语言是由两种节点生成的：与计算基础相关的所谓“蜘蛛”，以及满足蜘蛛融合定律的一种变化的阿达玛门的新arity-N广义。与以前的图形演算不同，这允许非线性经典函数的紧凑编码。例如，与门可以被描述为只有2个生成器的图，而在ZX演算中是25个。因此，N-控制门，超图状态，Hadamard+Toffoli电路，以及Clifford层次结构中任意级别的对角电路也可以享受低常数开销的编码。这表明，这种演算对于推理经典非线性行为（例如在预言中）和纯量子操作之间的相互作用将更加方便。在介绍了微积分之后，我们将通过演示将任何图简化为易于描述的范式来证明它对于通用量子计算是合理和完备的。
2019-01-29 quant-ph
On Dynamic Lifting and Effect Typing in Circuit Description Languages (Extended Version)
在量子计算领域，电路描述语言代表了传统QRAM风格语言的有效替代方案。它们确实允许对输出电路进行更精细的控制，而不会牺牲灵活性和模块化。我们介绍了一个概括的范式的演算原型Quipper-M，本身建模的量子电路描述语言Quipper的核心功能。该扩展名为Proto-Quipper-K，旨在捕获一种非常通用的动态提升形式。这是通过引入一个丰富的类型和效果系统而实现的，在这个系统中，不仅计算有效，而且类型本身也有效。我们给引进的语言的主要结果是经典的类型健全的结果，即主题减少和进步。
2022-02-15 cs.LO cs.PL quant-ph
Hybrid optomechanical superconducting qubit system
本研究提出一种基于纳机电穿梭装置的混合光机械超导量子比特系统，可实现量子比特与机械模式间可调的线性/二次耦合，为大规模超导电路中基于机械元件的玻色纠错提供了可能，并通过态交换量子存储协议给出初步验证。
2024-02-28 quant-ph
Low Noise Opto-Electro-Mechanical Modulator for RF-to-Optical Transduction in Quantum Communications
本研究提出一种用于量子通信射频-光转换的低噪声光电机械调制器，通过超相干纳米膜谐振器与微加工读出的射频电路耦合实现，测得室温下Q因子超10⁶，其氮化钛层可超导化以开发高效量子转换器。
2023-07-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Coupling a superconducting quantum circuit to a phononic crystal defect cavity
将纳米级机械谐振器与微波量子线路连接起来，为存储、处理和传输量子信息开辟了新的途径。在这项工作中，我们将声子晶体腔耦合到可调谐超导量子线路。通过制造一个一维的周期性图案的锂的薄膜的钛酸盐，并在这个人工晶格中引入一个缺陷，我们本地化的6千兆赫的声学共振的波长尺度体积小于一立方微米。锂的强压电性有效地将局部振动耦合到宽可调谐高阻抗约瑟夫森结阵列谐振器的电场。我们测量了直接的声子-光子耦合率$g/2π\approx 1.6 \, \mathrm{MHz}$和机械品质因数$Q_\mathrm{m} \approx 3 \times 10^4$，导致当两个模式被调谐到共振时的协同性$C\sim 4$。我们的工作直接应用于工程混合量子系统的微波到光转换以及新兴的架构量子信息处理。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit cavity electromechanics in the strong coupling regime
演示和利用更大、更宏观的力学对象的量子性质将有助于我们直接研究基于量子的测量和量子信息协议的局限性，以及测试长期存在的关于宏观量子相干性的问题。腔光机电领域，其中一个机械振荡器参数耦合到一个电磁谐振，提供了一个实用的架构，在量子水平上的运动的操纵和检测。达到这种量子水平需要强耦合，两个系统之间的相互作用时间尺度比能量耗散所需的时间更快。通过将一个独立的，灵活的铝膜成一个集总元件超导谐振腔，我们已经增加了射频机械运动和谐振微波光子之间的单光子耦合强度超过两个数量级超出当前最先进的。在两个谐振系统之间的差频的参数驱动音显着增加了整体耦合强度。这使我们能够完全进入强耦合状态。这是证明了近六裸腔线宽的最大法向模分裂。光谱测量这些“修饰状态”是在极好的定量协议与最近的理论预测。这里提出的基本架构提供了一个可行的路径基态冷却和随后的相干控制和测量的量子态的机械运动。
2010-11-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Strong squeezing and perfect one-way EPR steering in electro-optomechanical system
本文提出在三模电光机械系统中，通过控制双色调谐和微波驱动实现微波场与机械模式的强压缩，并改变驱动功率产生光学腔与机械振荡器间的完美单向EPR操控，为量子信息处理提供新平台。
2025-07-10 quant-ph
Concrete Categorical Model of a Quantum Circuit Description Language with Measurement
在本文中，我们介绍了动态提升量子电路描述语言，下面的原型Quipper语言的方法。动态提升允许程序将测量量子数据的结果（量子比特）转换为经典数据（布尔值）。我们提出了一个类型系统和操作语义的语言，我们国家的安全属性。接下来，我们介绍了一个具体的分类语义的建议的语言，我们的方法的基础上最近的模型从Rios\&Selinger的Proto-Quipper-M。我们的方法是在一个具体的电路类别上构建一个Kleisli类别，作为从量子存储器中检索经典内容的副作用。然后，我们展示了这个语义的合理性结果。
2021-10-06 cs.LO quant-ph
Coupling carbon nanotube mechanics to a superconducting circuit
机械谐振器的量子行为是一个新的和新兴的领域，最近的实验达到量子基态。碳纳米管谐振器的高频率、小质量和大品质因数使其在量子纳米力学应用中具有吸引力。实现谐振器基态的实验中的常见元件是耦合到谐振器运动的第二量子系统，例如相干光子或超导装置。然而，对于纳米管来说，由于其尺寸小，这是一个挑战。在这里，我们将碳纳米机电（NEMS）设备耦合到超导电路。悬浮的碳纳米管在超导量子干涉仪（SQUID）中既是超导结又是运动元件。我们观察到一个强大的调制通过SQUID从位移的纳米管的通量。将这种SQUID扩展到超导谐振器和量子位应该能够在单声子水平上检测和操纵纳米管机械量子态。
2012-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Optomechanically induced transparency, absorption, and conversion between slow and fast light in a generalized cross-Kerr optomechanical circuit
本文提出一种由两个单库珀对晶体管与微波LC谐振器及两个微机械谐振器构成的混合光机械电路，通过交叉克尔等非线性耦合实现可调光机械诱导透明与吸收，并实现慢光与快光之间的可调切换。
2025-08-21 quant-ph
Optomechanical circuits for nanomechanical continuous variable quantum state processing
我们提出并分析了一种纳米机械架构，其中光用于在一组许多振动模式上执行线性量子操作。适当的振幅调制的单个激光束被示出产生压缩，纠缠，和状态之间的转移模式，根据其机械振荡频率被选择。目前基于光子晶体的光机器件为实现这一方案提供了平台。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electro-optomechanical equivalent circuits for quantum transduction
利用光学机械学的技术，高$Q$机械振荡器可以作为频率差异很大的电磁模式之间的链接。这种方法已成功地用于经典信号的频率转换，并具有在超导电路和行进的光信号之间执行量子态转移的潜力。这种换能器通常在线性状态下操作，其中混合系统可以使用基于Heisenberg-Langevin方程的线性响应理论来描述。虽然在数学上很容易解决，但这种方法对混合系统的动力学几乎没有直观的了解，无法帮助优化换能器。作为这样的电光机械传感器的分析和设计工具，我们介绍了一个等效电路形式主义，整个传感器是由一个电路。因此，我们将光学机械系统的转换功能集成到电气工程的工具箱中，允许使用其成熟的设计技术。这种统一的阻抗描述可以应用于静态（DC）和谐波变化（AC）驱动场，适应任意线性电路，并且不限于解析边带制度。此外，通过建立等效电路的量子化输入输出形式，利用电路分析方法得到了线性换能器的散射矩阵，从而对换能器进行了完整的量子力学表征。因此，整个换能器到电气工程语言的这种映射既揭示了换能器如何执行，同时也可以通过帮助设计合适的电路来优化其性能。
2018-06-14 physics.optics quant-ph
Canonical Quantization of a Memristive Leaky Integrate-and-Fire Neuron Circuit
Stellenbosch University（斯泰伦博斯大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)（理论与计算科学国家研究所）；Maastricht University（马斯特里赫特大学）
本文提出了一种基于规范量子化的膜电阻性漏积聚-放电神经元模型，通过数值模拟展示了其在声音定位任务中的优越性能，为量子类脑计算提供了新方法。
2025-11-13 quant-ph
Quantum Wavelet Transforms: Fast Algorithms and Complete Circuits
量子傅里叶变换（QFT）是经典傅里叶变换的一种量子模拟，已被证明是发展量子算法的有力工具。然而，在经典计算中，还有另一类酉变换，小波变换，它和傅立叶变换一样有用。小波变换用于揭示信号的多尺度结构，并且可能用于量子图像处理和量子数据压缩。在本文中，我们推导出有效的，完整的，量子线路的两个代表性的量子小波变换，量子Haar和量子Daubechies $D^{(4)}$变换。我们的方法是将这些变换的算子分解为酉矩阵的直和、直积和点积。在此过程中，我们发现置换矩阵，一类特殊的酉矩阵，起着关键的作用。令人惊讶的是，我们发现，经典实现起来容易且便宜的操作并不总是量子力学实现起来容易且便宜，反之亦然。特别是，执行某些置换矩阵的计算成本通常被忽略，因为它们可以显式地避免。然而，在量子力学中，这些置换操作必须显式执行，因此它们的成本进入量子变换的完整复杂性度量。我们考虑在量子小波变换中产生的特定的一组置换矩阵，并开发实现它们的有效的量子线路。这使我们能够设计出有效的、完整的量子线路。
1998-09-02 quant-ph
Considering Decoherence Errors in the Simulation of Quantum Circuits Using Decision Diagrams
通过使用量子力学效应，量子计算机有望在解决传统计算机难以解决的问题方面实现显着的加速。然而，尽管最近取得了进展，但它们在可扩展性和可用性方面仍然有限，这使得量子软件和硬件的开发严重依赖于在传统硬件上运行的量子模拟器。然而，大多数模拟器模仿完美的量子计算机，因此，忽略了量子力学效应的脆弱性，这经常导致真实量子设备中的退相干误差。在模拟过程中考虑这些误差是复杂的，但为了为特定设备定制量子算法是必要的。到目前为止，大多数国家的最先进的模拟器考虑退相干误差依赖于（指数）大阵列表示。作为替代方案，基于决策图的模拟器已被证明非常有前途的量子线路的模拟一般，但还没有支持退相干误差。在这项工作中，我们正在缩小这一差距。我们研究了如何考虑退相干误差影响基于决策图的方法的仿真性能，并提出了先进的解决方案，以减轻负面影响。实验证实，这产生了几个数量级的改进相比，一个天真的考虑错误。
2020-12-10 quant-ph
Measuring and controlling radio-frequency quanta with superconducting circuits
在这篇博士论文中，我们将介绍实现一个射频电路量子电动力学系统（RFcQED）的理论和实验工作。在第二章中，我们详细推导了Rabi模型下电路QED的哈密顿量，并给出了交叉克尔相互作用的表达式。讨论了RFcQED对耦合率的要求，其中之一是与典型的电路QED器件相比，需要显著提高耦合率。在第三章中，我们介绍了两种增加电路QED系统中耦合的实验方法，一种是利用高阻抗谐振器，另一种是利用大耦合电容。在第四章中，我们结合这两种方法来实现RFcQED。通过强色散耦合，我们可以在兆赫谐振器中测量单个光子，通过将谐振器冷却到基态或制备Fock态来演示量子控制，并最终以纳秒分辨率观察这些状态的再热化。在第五章中，我们介绍了Python中的QuCAT或量子线路分析工具，这是一个可以用于电路QED系统设计的软件包，例如本文中介绍的电路QED系统。在第6章中，我们讨论了广义相对论和量子力学之间的某些相互作用是如何不能用我们现有的物理定律来描述的。特别是，我们展示了如何射频机械振荡器是完美的候选人，在这个制度进行实验。在第七章中，我们展望了这种机械振子与弱非谐超导电路（如transmon量子比特或RFcQED系统）的耦合。
2020-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circuit quantum acoustodynamics with surface acoustic waves
机械谐振器量子器件的实验研究在宏观量子力学研究中开辟了新的领域$^{1,2}$。超导微波电路已被证明是实现这种量子器件的强大平台，无论是在腔光力学$^{3,4}$，和电路量子电动力学（QED）$^{5,6}$。虽然迄今为止大多数实验都涉及局部纳米机械谐振器，但最近已经表明，传播的表面声波（SAW）可以压电耦合到超导量子位$^{7,8}$，并限制在高质量的法布里-珀罗腔中，直到量子制度$^{9}$中的微波频率，这表明有可能实现两个系统之间的量子信息的相干交换。在这里，我们提出了一个超导量子位嵌入在石英上的法布里-珀罗SAW腔的声场中并与之相互作用的设备的测量，实现了腔量子电动力学的表面声学版本。这种量子声动力学（QAD）架构可以用于开发新的量子声学器件，其中量子信息存储在捕获的芯片上表面声波包中，并且由于机械波的行进速度慢$10^{5}$倍，以纯电磁信号不可能的方式操纵。
2017-03-13 quant-ph
Quantum Software Reusability
针对给定酉矩阵难以寻找高度优化量子电路的问题，提出一种通过重用和组合已有高效量子电路来系统化构建新电路的方法，并基于群的表示矩阵线性组合实现，成功推导出离散哈特利变换等高效电路。
2003-09-15 cs.ET quant-ph
Unconventional quantum sound-matter interactions in spin-optomechanical-crystal hybrid systems
我们预测了一组不寻常的量子声学现象产生的声音-物质相互作用在一个完全可调的固态平台，其中一个阵列的固态自旋钻石耦合到量子化的声波在一维（1D）光机械晶体。我们发现，通过空间变化的激光驱动，在光机械相互作用中引入位置相关的相位，机械能带结构可以在原位调谐，从而导致非常规的量子声物质相互作用。我们表明，准手征声物质相互作用可以发生，从双向到准单向的可调范围内，当自旋与频带共振。当固体自旋的频率位于声波带隙内时，我们证明了一种奇异的极化激元束缚态的出现，它可以介导长程可调的奇邻和复杂的自旋-自旋相互作用。这一工作拓展了量子声子学的研究领域，在量子模拟和量子信息处理中具有广泛的应用前景。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient single-photon frequency conversion in the microwave domain using superconducting quantum circuits
基于超导量子线路中的相干控制，提出了一种在微波域实现高效单光子频率转换的方法.利用全量子力学方法分析了该系统中的单光子散射过程，发现通过调节施加在人工原子上的控制场的参数，可以实现效率接近于1的单光子频率上转换或下转换。我们进一步表明，我们的方法在实验上是可行的，在目前可用的超导磁通量子位电路。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
