Tunable compact on-chip superconducting switch
本文提出一种四端口紧凑型片上超导开关，仅靠全局磁通偏置即可在4.8–7.3 GHz调谐，具有高隔离、低散热和小尺寸特点，并可作为可调分束器。
2024-02-29 quant-ph
Thin-film superconducting resonator tunable to the ground-state hyperfine splitting of $^{87}$Rb
本文介绍了一种薄膜超导铌微波谐振器，通过电子束光刻粗调与压电微调，可精确调谐至$^{87}$Rb基态超精细劈裂频率，实现高精度频率控制。
2011-09-23 quant-ph
Entangling superconducting qubits in a multi-cavity system
腔量子电动力学的重要任务是产生和控制分布在不同腔中的空间分离粒子的量子态。在这方面，一个有趣的问题是如何制备位于不同腔中的粒子之间的纠缠，这对于大规模量子信息处理是重要的。在这里，我们考虑一个多腔系统，其中腔耦合到一个超导（SC）量子比特，每个腔主机许多SC量子比特。我们发现，所有的腔内SC量子比特加上耦合器SC量子比特可以在纠缠Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态制备，通过使用一个单一的操作，而不需要测量。在不激发腔模的情况下产生GHZ态，从而大大抑制了由腔-光子衰减引起的退相干和不需要的腔间串扰对操作的影响。我们还介绍了两种简单的方法来纠缠腔内SC量子比特在GHZ态。作为一个例子，我们的数值模拟表明，它是可行的，与当前的电路QED技术，制备高保真GHZ态，多达9个SC量子比特通过使用SC量子比特分布在两个腔。该提议原则上可以用于实现分布在多个腔中的{ \it任意数量}的SC量子比特的GHZ状态。该提议是相当普遍的，可以应用于广泛的物理系统，腔内量子位是原子、NV中心、量子点或各种SC量子位。
2016-02-24 quant-ph
Decoherence of up to 8-qubit entangled states in a 16-qubit superconducting quantum processor
我们报告的相干性格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）状态组成的IBM ibmqx 5 16量子位量子处理器中的多达8个量子位。特别是，我们评估GHZ状态与$N=1,\ldots,8$量子位的相干性，作为状态创建和测量之间的延迟时间的函数。我们发现相干性的衰减发生在量子比特数的线性速率上。这与影响系统的主要噪声在量子位之间不相关的模型一致。
2018-11-06 quant-ph
30 GHz-voltage controlled oscillator operating at 4 K
固态量子比特的操作和读出能力正在达到容错，但量子纠错需要数百万个物理量子比特，因此需要一个可扩展的量子计算机架构。为了解决信号线带宽和扇出问题，量子位操作所需的微波源可能会嵌入量子位芯片附近，通常在低于4 K的温度下工作。在这里，我们执行的第一个低温测量的130纳米BiCMOS基于SiGe压控振荡器。该设备保持其功能从300 K到4 K。我们确定了频率和输出功率对温度和磁场的依赖关系，最高可达5 T，并测量了温度对噪声性能的影响。虽然输出功率趋于增加，但对于温度和场依赖性，频移分别为3%和0.02%，两者都与高度相干的自旋量子比特应用相关。我们没有观察到输出噪声的改善，但增加了输出闪烁。
2018-04-25 physics.app-ph quant-ph
Quantum key distribution system clocked at 2 GHz
本文介绍了一种改进的量子密钥分发测试系统，该系统采用了一种经过特殊改装的商用硅单光子雪崩二极管，工作在高达2GHz的时钟频率下。使用改进的探测器提高了光纤测试系统在传输距离和量子误码率方面的性能。
2006-05-08 quant-ph
Wireless Josephson parametric amplifier above 20 GHz
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究设计并实现了超20 GHz无线约瑟夫森参量放大器，实现了20 dB增益和接近量子限的噪声特性，用于提升超导量子比特的读出性能。
2026-01-21 quant-ph
High-fidelity controlled-Z gate with maximal intermediate leakage operating at the speed limit in a superconducting quantum processor
介绍了一种通过控制基带传输频率来实现受控$Z$（CZ）门的净零方案的突变（SNZ）。SNZ CZ门通过最大化中间泄漏在计算状态和非计算状态之间的横向耦合的速度极限下操作。SNZ的主要优点是调谐简单，这是由于作为两个控制参数的函数的条件相位和泄漏的规则结构。我们在一个多传输处理器中实现了SNZ CZ门，实现了$99.93\pm0.24\%$保真度和$0.10\pm0.02\%$泄漏。SNZ与用于量子纠错的可缩放方案兼容，并且适用于在中等规模应用中有用的广义条件相位门。
2020-08-17 quant-ph
Superconducting Low-Inductance Undulatory Galvanometer Microwave Amplifier
介绍了一种基于超导低感波动电流计（SLUG）的微波放大器。SLUG嵌入在微带谐振器中，信号电流直接注入器件环路。在30 mK下的测量结果显示，在3 GHz下增益为25 dB，在9 GHz下增益为15 dB。放大器的性能很好地描述了一个简单的数值模型的基础上的约瑟夫森结相位动力学。我们期望基于高临界电流结的优化器件在5-10 GHz的频率范围内实现大于15 dB的增益、数百MHz的带宽和一阶量子的附加噪声。
2011-09-23 cond-mat.supr-con quant-ph
A liquid nitrogen cooled superconducting transition edge sensor with ultra-high responsivity and GHz operation speeds
基于纳米结构超导薄膜的光电探测器是目前最灵敏的量子传感器之一，并且是量子信息、量子计算和射电天文学等广泛领域的关键使能技术。然而，它们更广泛的使用受到低操作温度的阻碍，这需要昂贵的低温恒温器。在这里，我们展示了一个氮冷却的超导过渡边缘传感器，它显示了数量级的改善性能特性的任何超导探测器工作在77 K以上，与9.61 × 10^4 V/W，噪声等效功率为15.9 fW/Hz-1/2和操作速度高达GHz的频率。它基于高温超导体Bi 2Sr 2CaCu 2 O 8的范德华异质结构，该异质结构被成形为具有超小形状因子的纳米线。为了突出检测器的多功能性，我们展示了其制造和操作的电信级SiN波导芯片。我们的探测器大大放宽了超导探测器的实际应用的要求，并显示其巨大的潜力，光子学为基础的量子应用。
2020-06-04 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Design and Testing of Superconducting Microwave Passive Components for Quantum Information Processing
我们报告的设计，制造和测试两个超导无源微波组件，正交混合和20分贝定向耦合器。这些组件被设计成与超导量子比特或约瑟夫森参量放大器集成，并用于量子信息处理应用。对于耦合器，我们测量回波损耗和隔离度> 20 dB，插入损耗< 0.3 dB，在2 GHz频段约6 GHz。对于混合性能，我们在6.5 GHz左右的10%频带内测量到隔离度> 20 dB，插入损耗< 0.3 dB。这些值在我们应用的设计规格范围内;然而，我们发现混合电路的设计和测量中心频率之间存在7%的差异。
2010-10-15 physics.ins-det quant-ph
Low-loss interconnects for modular superconducting quantum processors
标度是超导量子计算的一个关键挑战。一种解决方案是构建模块化系统，其中较小规模的量子模块被单独构建和校准，然后组装成一个更大的架构。然而，这需要开发合适的互连。在这里，我们报告的低损耗互连的基础上，纯铝同轴电缆和片上阻抗Transformers具有高达$8.1 \times 10^5$，这是可比的性能，我们的transmon量子位单晶蓝宝石衬底上制造的品质因数。利用这些互连线将5个量子模块连接起来，实现了模块间量子态转移，Bell态的重复性高达99%.为了对处理器的整体性能进行基准测试，我们创建了最大纠缠的多量子位Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）状态。生成的模块间四量子比特GHZ态具有92.0\%的保真度。我们还以$55.8 \pm 1.8\%$保真度在GHZ态中纠缠多达12个量子比特，这高于真正的多体纠缠阈值12。这些结果为大规模超导量子处理器提供了一种可行的模块化方法。
2023-02-06 quant-ph
Measurement of GHZ and cluster state entanglement monotones in transmon qubits
超导量子比特中纠缠的实验检测大多局限于两个以上量子比特的基于量子数的方法和相关方法，这些方法可以证明存在一些纠缠，但不能严格量化多少。在这里，我们通过估计纠缠单调来测量在16量子位IBM Rueschlikon（ibmqx5）芯片上制备的三量子位和四量子位GHZ和线性簇态的纠缠。GHZ态和团簇态不仅在量子计算中有着广泛的应用，而且它们具有相似的态制备电路和量子效率，可以对它们的纠缠度进行有意义的比较。我们还测量了单调随时间的衰减，并发现在GHz的情况下，他们实际上振荡，我们解释为漂移之间的相对相位的$|0\rangle^{\otimes n}$和$|1\rangle^{\otimes n}$组件，但不是振荡的实际纠缠。在用虚拟Z旋转对这种漂移进行实验校正后，我们发现GHZ态似乎比团簇态更鲁棒，在以后的时间里表现出更高的保真度和纠缠。我们的研究结果有助于量化和理解的强度和鲁棒性的多量子比特纠缠在噪声环境中的超导量子计算机。
2018-08-15 quant-ph
Greenberger-Horne-Zeilinger generation protocol for N superconducting transmon qubits capacitively coupled to a quantum bus
我们提出了一个电路量子电动力学（QED）实现的协议，以产生一个格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）状态的$N$超导transmon量子比特均匀耦合到超导传输线谐振器在色散极限。我们推导出一个有效的哈密顿量与成对的XY型，$\tilde{g}(XX+YY)$，可以全局控制的量子比特交换相互作用。从可分离的初始状态开始，这些相互作用允许在时间$t_{\text{GHZ}}\sim \tilde{g}^{-1}$内生成多量子比特GHZ状态。我们讨论了如何探测生成态的非局域性和真正的$N$ -粒子纠缠。最后，我们研究所提出的计划的稳定性，在物理参数的不均匀性。
2011-09-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generation and control of Greenberger-Horne-Zeilinger entanglement in superconducting circuits
超越微观物体（如光子、自旋和离子）的纠缠，本文提出了一种有效的方法来产生和控制三个宏观耦合超导量子比特的量子纠缠。通过有条件地旋转，一个接一个，选定的约瑟夫森电荷量子比特，我们表明，他们的格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）纠缠态可以确定性地产生。这些量子位之间GHZ相关性的存在可以通过有效的单量子位操作以及高保真度的单次读出来实验证明。讨论了利用GHZ关联检验量子力学的非对易性与经典物理的对易性之间的宏观矛盾的可能性。
2006-06-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantum limits of superconducting-photonic links and their extension to mm-waves
针对超导-光子链路的效率-噪声权衡问题，提出利用激光产生毫米波信号的方案，演示了4 K下80 GHz的光驱动低温毫米波源，验证了其在超导谐振器光谱测量中的应用，为高温下超导量子比特光子控制提供了可行路径。
2024-06-20 quant-ph
High-Throughput Microwave Package for Precise Superconducting Device Measurement
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）
本文提出一种无焊线、无印刷电路板的微波封装，用于高吞吐量测量超导量子器件的损耗特性，提升超导量子比特性能和表面钝化研究。
2025-12-20 quant-ph
Millimeter Wave Readout of a Superconducting Qubit
National Institute of Standards and Technology（美国国家标准与技术研究院）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
研究利用毫米波与transmon量子比特的相互作用，通过大频率差抑制驱动引起的非期望态跃迁，实现高保真度量子比特读取。
2026-11-02 quant-ph
Characterization of entanglement on superconducting quantum computers of up to 414 qubits
本文在IBM Quantum超导量子设备上制备并表征了GHZ态和原生图态，验证了多达32量子比特的真正多体纠缠，并在高达414量子比特的图态中分析了纠缠衰减与振荡，提出将其作为涵盖2量子比特错误率及额外噪声源的底层设备基准测试方法。
2024-10-04 quant-ph
Controllable microwave three-wave mixing via a single three-level superconducting quantum circuit
二阶非线性光学过程中的三波混频由于电偶极选择定则而不能在原子系统中发生。相反，我们证明了二阶非线性过程可以发生在超导量子线路中（即，超导人造原子）时，通过简单地改变所施加的磁通量来破坏势能的反转对称性。特别是，我们表明，差频和和频（和二次谐波）可以产生在微波政权在一个可控的方式，通过使用一个单一的三能级超导磁通量子线路（SFQC）。对于我们提出的参数，该电路的频率可调谐性可以实现在约17 GHz的范围内的和频产生，和约42 GHz（或26 GHz）的差频产生。我们的建议提供了一个简单的方法来产生二阶非线性过程SFQC在当前的实验参数。
2014-12-21 cond-mat.supr-con quant-ph
A frequency-agile microwave-optical interface for superconducting qubits
Yale University（耶鲁大学）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
本文提出了一种频率可调的微波-光接口，通过级联电光转换器与多模频率转换器，实现了超导量子比特的高效光学读取，解决了异构设备频率偏移问题。
2026-02-27 quant-ph
Proposal for Superconducting Quantum Networks Using Multi-Octave Transduction to Lower Frequencies
提出利用MOATS电路将超导量子电路激发从GHz变频至MHz，通过低温同轴电缆传输，显著降低噪声与损耗，实现公里级高保真度量子链路。
2024-07-30 quant-ph
GHz detection rates and dynamic photon-number resolution with superconducting nanowire arrays
本文报道了一种由14个独立像素组成的超导纳米线阵列探测器，实现90%系统探测效率、1.5 GHz检测速率和动态光子数分辨，并展示了74%和57%的双光子与三光子保真度。
2023-06-20 physics.optics quant-ph
High-Fidelity Control of Superconducting Qubits Using Direct Microwave Synthesis in Higher Nyquist Zones
用于超导量子处理器的控制电子器件对精确控制其量子位的敏感量子态有严格的要求。依靠超相位稳定振荡器的纯度来上变频非常低噪声的基带脉冲，当扩展到更大的量子设备时，传统的控制系统可能变得过于复杂和昂贵，特别是当高采样率对于细粒度脉冲整形变得可取时。几GHz射频数模转换器（RF DAC）为高保真控制提供了一种更经济的途径，同时对合成信号的频谱提供了更大的控制。具有超宽带宽的现代RF DAC能够直接合成高于其采样速率的音调，从而将系统时钟速率保持在与现代数字逻辑系统兼容的水平，同时仍然能够生成具有任意轮廓的高频脉冲。我们已经将定制的超导量子位控制逻辑集成到现成的硬件中，能够使用频率为5 GHz的RF DAC进行高达7.5 GHz的低噪声脉冲合成。我们的方法可以在宽带宽上实现高度线性和稳定的微波合成，从而实现高分辨率控制，并减少每个量子位所需的信号源数量。我们使用一个五transmon超导设备的硬件的性能进行了表征，并证明了一贯减少两个量子位门误差（低至1.8%），我们表现出优越的控制链线性相比，传统配置的结果。卓越的灵活性和稳定性进一步为超越中等规模设备的可扩展量子控制奠定了基础。
2021-01-23 quant-ph
Hidden variables in Mermin GHZ machine with quantum assistance
在IBM超导量子计算机上进行了三个实验，其中三个量子比特GHZ（类）态的设置组合由两个额外的辅助量子比特选择。计算了三个纠缠量子比特的Mermin多项式的平均值，结果表明违反了Mermin不等式。然而，考虑到辅助量子比特选择、施加和通知设置的类型，可以根据辅助量子比特的隐变量之间的排列关系和每次发射前的纠缠来解释结果;隐变量可能是局部的，也可能不是局部的，这取决于量子比特的初始化方式。
2021-12-06 quant-ph
Correlated photon-pair generation in reverse-proton-exchange PPLN waveguides with integrated mode demultiplexer at 10 GHz clock
我们报告了在1.5 μ m波长和10 GHz时钟下，在具有集成模式解复用器的双极化反向质子交换锂离子交换波导中产生10 ps相关光子对。使用超导单光子探测器，我们观察到的符合偶然计数比（CAR）高达4000。该光子对源在量子信息系统和量子纠缠实验中有着广泛的应用。
2007-05-26 quant-ph
Tunable coupler for realizing a controlled-phase gate with dynamically decoupled regime in a superconducting circuit
超导量子比特之间的可控相互作用是大规模量子计算和模拟的需要。在这里，基于Yan等人的理论提议。[Phys. Rev. Appl. 10，054061（2018）]我们实验证明了一种简单设计和通量控制的可调谐耦合器，通过调节耦合器频率具有连续可调谐性，可以完全关闭相邻的超导量子比特耦合。利用两个量子比特之间通过耦合器的可调谐相互作用，我们实现了一种不同类型的控制相位（CZ）门与“动态解耦制度”，这使得量子比特-量子比特耦合仅在通常的工作点“开”，而在一个量子比特频率进入和离开工作点的调谐过程中动态“关”。该方案不仅有效地抑制了计算子空间的泄漏，而且还允许所获得的两量子比特相位在操作点处是几何的。我们实现了平均CZ门保真度为98.3（0.6），这主要是由量子比特退相干限制。所展示的可调谐耦合器提供了抑制相邻量子比特耦合的理想工具，并且适合于大规模量子计算和模拟。
2020-09-12 quant-ph
Coupling erbium spins to a three-dimensional superconducting cavity at zero magnetic field
实验研究了掺铒硅酸钇晶体（$^{167}$ Er：YSO）在零磁场下与三维超导腔的耦合，其$Q$因子为$10^5$ .一个可调谐的环隙谐振器，其谐振频率进行调谐，观察铒样品的超精细跃迁。所观察到的光谱不同于由公布的自旋哈密顿参数预测。狭窄的腔线宽也使得能够观察到这些超精细跃迁的非对称线形。这种宽调谐超导腔（在当前设计中从1.6 GHz到4.0 GHz）是用于构建混合量子系统的有前途的设备。
2016-07-27 physics.atom-ph quant-ph
Millimeter-Wave Superconducting Qubit
本文将超导量子比特推进至约72 GHz毫米波频段，仅用⁴He在0.87 K实现Rabi操控与相干表征，摆脱³He依赖并开辟高频量子实验新路径。
2025-05-13 quant-ph
Engineering Framework for Optimizing Superconducting Qubit Designs
超导量子技术需要量子比特系统，其属性满足几个经常相互冲突的要求，例如长相干时间和高非谐性。在这里，我们提供了一个工程框架的基础上广义超导量子比特模型的通量制度，抽象多个电路设计参数，从而支持跨多个量子比特属性的设计优化。我们实验研究了一个特殊的参数制度，它具有高的非谐性（$\sim\!1$ GHz）和长的量子相干性时间（$T_1\!=\!40\!-\!80\,\mathrm{μs}$和$T_\mathrm{2Echo}\!=\!2T_1$）。
2020-06-07 quant-ph
Preparing Greenberger-Horne-Zeilinger Entangled Photon Fock States of Three Cavities Coupled by a Superconducting Flux Qutrit
提出了一种利用超导磁通量子阱耦合三腔体制备Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠光子Fock态的方法。该建议不需要在整个操作期间使用经典微波脉冲和测量。因此，大大简化了操作，并大大降低了电路工程的复杂性和成本。该方案具有较强的普适性，当三个腔与不同的三能级物理系统耦合时，如超导电荷量子阱、transmon量子阱或量子点，都可以产生三腔GHZ纠缠光子Fock态.
2013-07-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting flux qubit with ferromagnetic Josephson $π$-junction operating at zero magnetic field
本文提出并实现了一种基于铁磁Josephson π结的零磁通偏置超导磁通量子比特，其微秒级寿命受限于铁磁层准粒子激发，为开发利用铁磁与超导相互作用的量子器件铺平了道路。
2024-10-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Co-designed reflective and leaky-waveguide low-pass filter for superconducting circuits
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本文提出了一种协同设计的反射型和泄漏波导低通滤波器，用于超导电路，实现了低插入损耗和高衰减，有效抑制近带和远带外辐射，适用于超导量子计算。
2025-08-04 cond-mat.supr-con quant-ph
Coupling two charge qubits via a superconducting resonator operating in the resonant and dispersive regimes
半导体量子点电荷量子比特的一个关键挑战是实现长距离量子比特耦合并在此基础上实现高保真量子比特门。在这里，我们描述了一种新型的电荷量子比特，它由一个电子被限制在三量子点系统中形成，使单量子比特门和双量子比特门工作在偶极和四极失谐甜蜜点。我们进一步给出了电荷量子比特与超导共振器之间长程偶极耦合的形式。基于量子比特和共振器组成的混合系统，我们提出了两种纠缠门：动力学iSWAP门和完整纠缠门，它们分别工作在色散和共振区域。我们发现，保真度的iSWAP门可以达到保真度高于99%的噪声水平在实验中的典型。同时，如果谐振腔中的非谐性足够大，则完整门的保真度可以超过98%。我们的方案为在半导体量子点中实现电荷量子比特的高保真量子计算提供了一种新的途径。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Design of an on-chip superconducting microwave circulator with octave bandwidth
我们提出了一种设计的超导，片上环行器组成的动态调制转换开关和延迟。设计目标是为超导量子比特的多路复用读出。该器件的模拟表明，它允许在2.3 GHz的瞬时带宽上实现低损耗循环（插入损耗< 0.35 dB and isolation >20 dB）。由于该器件在高达-65 dBm的输入功率下估计是线性的，因此该设计将先前超导环行器的带宽和功率处理提高了50倍以上，使其成为与宽带量子限制放大器集成的理想选择。
2018-09-24 quant-ph
Operating quantum waveguide circuits with superconducting single-photon detectors
先进的量子信息科学和技术（QIST）应用对光学元件提出了严格的要求。量子波导电路提供了一种在芯片上实现可扩展QIST的途径。超导单光子探测器（SSPD）提供红外单光子灵敏度，结合低暗计数和皮秒定时分辨率。在这项研究中，我们将这两种技术结合在一起。在\lamda = 804 nm的硅基波导定向耦合器中，使用SSPD，我们观察到92.3 \pm 1.0%的双光子干涉可见度，高于用硅探测器测量的可见度（89.9 \pm 0.3%）。我们进一步用SSPD操作受控非门和量子精密测量电路。这些演示为电信波长量子波导电路提供了一条清晰的道路。
2010-03-24 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Reflection-less filter for superconducting quantum circuits
本文提出一种超导无反射滤波器，通过其对偶网络拓扑抑制热光子并降低回波损耗，在8 GHz中心80%带宽内插入损耗低于1 dB，有效保护超导量子电路并提升宽带量子放大器性能。
2025-06-25 quant-ph
Cryogenic Microwave Filter Cavity with a Tunability Greater than 5 GHz
微波谐振腔的广泛应用，如超导量子比特的测量和控制，磁振子谐振器和相位噪声滤波器，将通过具有高度可调谐的微波谐振得到很好的服务。通常，这种可调谐性是在低温下原位期望的，其中人们可以利用超导腔。到目前为止，这种低温调谐同时保持高品质因数已被限制在$\sim500$ MHz。在这里，我们展示了一个三维超导微波腔，共享一个壁与加压体积的氦。在氦气室加压时，微波腔体变形，这导致其谐振频率原位调谐超过5GHz，大于原始8GHz谐振频率的60%。腔的品质因数在整个调谐范围内保持近似恒定在$\approx7\times 10^{3}$。作为其实用性的演示，我们实现了一个可调的低温相位噪声滤波器，它降低了我们的源的相位噪声约10分贝以上400千赫。
2018-10-04 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Engineering the microwave to infrared noise photon flux for superconducting quantum systems
电磁滤波对于毫开尔文温度下超导量子线路的相干控制、操作和读出是必不可少的。在几GHz的过渡频率附近抑制杂散模式是很好理解的，主要通过片上和封装考虑来实现。更高频率的噪声光子--超过对断裂能量--会引起退相干，在到达封装的量子芯片之前需要进行光谱工程。外部电线进入冰箱并向下进入量子线路，为这些光子提供了一条直接的路径。本文对同轴滤波布线中噪声光子流进行了定量分析和实验研究。在室温下的同轴电缆的衰减和噪声光子通量估计典型的布线配置。紧凑的低温微波低通滤波器与CR-110和Esorb-230吸收介质填充物的实验数据，在室温和低温温度高达70 GHz。1至10 GHz之间的滤波器截止频率由滤波器长度设置，滚降取决于材料。测量了Esorb-230材料在75至110 GHz的成对破坏频率范围内的相对介电常数和磁导率，并计算了该频率范围内的滤波器特性。由于过滤器的噪声光子通量的估计戏剧性的抑制证明了它的有用性与超导量子系统的实验。
2022-01-19 physics.app-ph quant-ph
Programmable CMOS DAC Operating in Cryogenic Environments for Controlling Superconducting Qubits
Northrop Grumman Systems Corporation（诺斯罗普·格鲁曼系统公司）
本文提出一种可在低温下工作的CMOS电流型DAC，用于精确控制超导量子比特的磁通量和读出，具有数字可调性，有望推动高保真低温控制架构的发展。
2026-09-11 physics.app-ph quant-ph
Generating entanglement between microwave photons and qubits in multiple cavities coupled by a superconducting qutrit
讨论了如何利用超导量子比特耦合的四个\textrm{microwave}共振器\textrm{(a.k.a. cavities)}产生纠缠相干态。我们还展示了四个超导量子位嵌入四个不同谐振器\textrm{can be created with this scheme}的GHZ态\textrm{that}。原则上，可以扩展\textrm{the proposed method}以创建$n$谐振器的纠缠相干态，并制备分布在量子网络中的$n$腔上的$n$量子位的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。此外，注意，由耦合器量子比特耦合的四个谐振器可以用作基本电路块以构建二维量子网络，这对于可扩展的量子信息处理是有用的。
2013-07-04 cond-mat.supr-con quant-ph
Receiver Operating Characteristics for a Prototype Quantum Two-Mode Squeezing Radar
我们已经在实验室中建立并评估了一个原型量子雷达，我们称之为量子双模压缩雷达（QTMS雷达）。它仅在微波频率下工作;没有从光频率的下变频。由于信号产生过程依赖于量子力学原理，该系统被认为包含量子增强雷达发射机。该发射器产生一对纠缠的微波信号，并通过自由空间发射其中一个，在自由空间使用简单和基本的接收器测量信号。发射机的核心是一个名为约瑟夫森参量放大器（JPA）的设备，它在6.1445 GHz和7.5376 GHz处产生一对称为双模压缩真空（TMSV）的纠缠信号。然后这些信号通过一系列放大器发送出去。7.5376 GHz波束穿过0.5 m的自由空间;放大后直接测量6.1445 GHz信号。将两个测量结果相关联，以区分信号和噪声。我们比较我们的QTMS雷达的经典雷达设置使用传统的组件，我们称之为双模噪声雷达（TMN雷达），并发现有一个显着的增益时，两个系统广播信号在-82 dBm。这是通过比较受试者操作特征（ROC）曲线显示的。特别是，我们发现量子雷达需要8倍的集成样本相比，其经典的对应物，以实现相同的性能。
2019-02-28 eess.SP quant-ph
One-step multi-qubit GHZ state generation in a circuit QED system
我们提出了一个在电路QED系统中一步产生超导磁通量子比特或电荷量子比特GHZ态的方案。GHZ态可以在多量子比特系统的相干时间内产生。我们的方案是独立的传输线谐振器的初始状态，并在高次谐波模式的存在下工作。我们的分析还表明，该计划是强大的各种操作错误和环境噪声。
2009-11-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Widely tunable on-chip microwave circulator for superconducting quantum circuits
我们报告的设计和性能的片上微波环行器具有广泛（GHz）可调谐的工作频率。非互易性是通过频率转换和延迟的组合来创建的，并且既不需要永磁体也不需要微波偏置音调，允许与其他超导电路进行片上集成，而不需要高带宽控制线。该器件的隔离度在数十MHz的带宽内超过20 dB，并且其插入损耗很小，在选定的工作频率下可低至0.9 dB。此外，对于高达数百fW的信号功率（$\approx 10^3$循环光子），该器件相对于输入功率是线性的，并且可以动态地重新配置循环的方向。我们展示了它的操作在4和6 GHz之间的频率选择。
2017-11-06 cond-mat.supr-con quant-ph
A Wideband, Low-Noise Superconducting Amplifier with High Dynamic Range
放大器在电子产品中无处不在，在广泛的科学测量中发挥着重要作用。从用户的角度来看，理想的放大器具有非常低的噪声，工作频率范围宽，动态范围高，能够处理强信号，失真小。不幸的是，很难同时获得所有这些特性。例如，现代晶体管放大器提供多倍频程带宽和出色的动态范围。然而，它们的噪声仍然远远高于量子力学的不确定原理所设定的基本极限。参量放大器先于晶体管放大器并广泛应用于光学领域，它利用非线性响应将功率从强泵浦音调转移到弱信号。如果非线性是纯粹的反应，即。非耗散，理论上放大器噪声可以达到量子力学极限。实际上，微波频率超导约瑟夫森参量放大器确实接近量子极限，但通常是窄带的并且具有非常有限的动态范围。在本文中，我们描述了超导参量放大器，克服了这些限制。放大器非常简单，仅由在电介质衬底上的图案化金属膜组成，并且依赖于超导传输线的非线性动力学电感。我们测量了在11.56 GHz泵浦音调两侧超过2 GHz的增益，并将放大器在9.4 GHz处的3.4个光子的附加噪声上限。此外，动态范围非常大，可与微波晶体管放大器相比，并且该概念可应用于整个微波、毫米波和亚毫米波频带。
2012-01-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Kerr-free three-wave mixing in superconducting quantum circuits
量子限约瑟夫森参量放大器是电路QED读出链中的关键器件。最先进的参量放大器的动态范围受到信号引起的斯塔克位移的限制，斯塔克位移使放大器从其工作点失谐。使用超导非线性非对称电感元件（SNAIL）作为有源元件，我们展示了原位调谐设备通量和泵浦到修饰的无克尔工作点的能力，与标称工作点相比，该工作点提供了可以由我们的放大器处理的光子数量的10倍增加。我们所提出的无克尔三波混频的方法和实验验证，可以扩展到提高量子超导电路中的其他泵浦操作的动态范围。
2019-05-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Robust cryogenic matched low-pass coaxial filters for quantum computing applications
电磁噪声是影响超导量子比特相干性的重要外部因素之一。匹配同轴滤波器可以有效地抑制微波和红外光子对超导量子线路的影响。在这里，我们报告的匹配低通同轴滤波器的设计和制造路线的噪声敏感测量在毫开尔文温度。实现了具有设计的线性吸收（-1dB/GHz）和在高达20 GHz下小于-20 dB的超低反射损耗的鲁棒传输系数。我们提出了一个数学模型，用于评估和预测过滤器的传输参数取决于它们的尺寸。在两个不同长度的过滤器原型上进行了实验验证，其中Cu粉末和Stycast商业树脂的化合物表现出出色的匹配性。所提出的设计和组装路线是通用的各种化合物，并提供高重复性的几何和微波特性。最后，我们展示了三个滤波器几乎相等的反射和传输特性的范围从0到20 GHz，这是相当有用的控制多通道超导量子线路。
2022-10-27 physics.app-ph quant-ph
Electro-optic transduction in silicon via GHz-frequency nanomechanics
将电子器件与光纤网络连接是远距离传输经典和量子信息的关键。压电光机械换能器通过使用GHz频率的声振动作为介体来实现这样的接口，用于经由光机械和压电相互作用的组合将微波光子转换为光学光子。然而，尽管成功的示范，有效的压电光学机械转换仍然遥不可及，由于与混合材料集成和压电材料在量子机制下操作时增加的损耗相关的挑战。在这里，我们展示了另一种方法，在该方法中，我们致动5 GHz的声子在传统的绝缘体上硅平台。在我们的实验中，微波光子共振驱动声子晶体振荡器通过静电力实现在一个电荷偏置的窄隙电容器。机械振动随后通过声子波导传递到光机械腔，在那里它们在泵浦激光场的边带中转换成光学光子。工作在室温和大气压下，我们测量了微波到光子的转换效率为$1.8 \times 10^{-7}$在3.3 MHz的带宽，并证明了有效的相位调制与半波电压为$V_π= 750 $ mV。我们的研究结果标志着一个垫脚石量子转换与集成器件由晶体硅，这保证了高效的高带宽操作，并与超导量子位的集成。此外，由于不需要压电性或其他固有的非线性，我们的方法适用于量子技术以外的各种材料。
2022-10-24 physics.optics quant-ph
Millimeter wave to terahertz compact and low-loss superconducting plasmonic waveguides for cryogenic integrated nano-photonics
等离子体激元作为一个快速发展的研究领域，提供了新的途径来引导和调制微波中的高度受限的光到光学频率范围。我们展示了一个等离子体缝隙波导，在纳米尺度上，基于高转变温度超导体BSCCO，以促进表现的芯片级毫米波太赫兹集成电路在低温下工作。我们研究了几何参数对100 GHz和500 GHz之间的BSCCO等离子体缝隙波导的模式特性的影响。此外，我们还研究了纳米级超导缝隙波导模式特性的热传感，表明在较低的频率下，波导的基模具有较大的传播长度、较低的有效折射率和较强的局域模式能量。此外，我们发现，我们的设备提供了一个更大的SPP传播长度和更高的场限制比金等离子体波导在宽的温度范围低于BSCCO Tc。该器件为实现纳米尺度低温低损耗光子集成电路开辟了一条新的途径。
2021-06-16 physics.optics quant-ph
A fast and large bandwidth superconducting variable coupler
可变微波频率耦合器是经典通信系统中非常有用的组件，并且可能在量子通信应用中发挥重要作用。传统的基于超导体的微波耦合器已经与超导量子线路一起使用，使得例如能够经由公共读出链对多个设备进行原位测量。然而，半导体元件是有损耗的，并且在切换时消耗能量，使得它们不适合于需要快速、重复切换的低温应用。基于超导约瑟夫森结的耦合器可以被设计为具有快速开关的无耗散操作，并且容易与超导量子线路集成。这些使芯片上，量子相干路由的微波光子，提供了一个有吸引力的替代半导体开关。在这里，我们提出并表征了一种基于芯片的宽带微波可变耦合器，可调谐频率超过4-8 GHz，超过1.5 GHz的瞬时带宽，基于超导量子干涉器件（SQUID）与两个平行的约瑟夫森结。该耦合器无损耗，开关比大于40 dB，耦合变化时间约为10 ns。这里提出的简单设计可以很容易地与超导量子位电路集成，并且可以很容易地推广到实现四端口或更多端口的设备。
2020-11-18 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
$GHZ$ state generation of three Josephson qubits in presence of bosonic baths
我们分析了一个纠缠协议，以产生三分Greenberger-Horne-Zeilinger态的系统中，由三个超导量子比特成对耦合。通过考虑每个量子比特与具有欧姆谱结构的独立玻色子浴的相互作用，研究了开放量子系统的动力学。为此，构造了一个微观主方程并精确求解。我们发现，这里讨论的协议是稳定的，对退相干和耗散由于外部浴的存在。
2013-10-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Generation of Three-Qubit Entangled States using Superconducting Phase Qubits
纠缠是量子计算所需的关键资源之一，因此实验上创建和测量纠缠态在量子计算机的各种物理实现中至关重要。在超导量子比特中，两个量子比特的纠缠态已经被证明并用于证明贝尔不等式的违反和实现简单的量子算法。然而，与两量子比特的情况不同，在两量子比特的情况下，所有最大纠缠的两量子比特状态都等价于局部基的变化，三个量子比特可以以两种根本不同的方式纠缠，以状态$|\mathrm{GHZ}> = (|000> + |111>)/\sqrt{2}$和$|\mathrm{W}> = (|001> + |010> + |100>)/\sqrt{3}$为代表。在这里，我们展示了三个耦合超导相位量子比特的操作，并使用它们来创建和测量$|\mathrm{GHZ}>$和$|\mathrm{W}>$状态。使用量子态断层扫描的状态是完全特征化的，并显示出满足纠缠证人，确认它们确实是三量子比特纠缠的例子，并且不能分离成两量子比特纠缠的混合物。
2010-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson microwave photon detector operating at 0.7 K
提出基于Al约瑟夫森结的相位扩散阈值探测器，实现了在0.7 K下的微波光子探测，证实热涨落非主要噪声源，对轴子搜索实验具有重要意义。
2025-02-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.supr-con quant-ph
